Advanced Materials | 基于纳米纤维的电活性界面，实现协调的神经调节和周围神经再生

周围神经的电调节和修复依赖于高质量的组织-生物电子接口。然而，当前的导电材料通常表现出不稳定的导电性、机械错配和有限的加工性，这会影响其支持结构再生和长期神经调节的能力。我们通过一步同轴电纺工艺制造柔性电活性芯壳纳米纤维，该工艺由聚（ε-丙内酯）（PCL）芯芯和双连续导电 PEDOT：PSS/聚氨酯（PEDOT：PSS/PU）壳体组成。该设计整合了机械合规性、连续导电性和长期运行稳定性。纳米纤维可组装成柔性生物电极，在大鼠坐骨神经和恒河正中神经中提供有效刺激和高精度神经记录，同时最大限度地减少由硬金属电极通常造成的组织损伤。当它们被加工成神经引导导管时，能够跨越神经间隙，促进轴突伸长、再髓鞘化和运动功能恢复，在大鼠坐骨神经缺陷模型中实现。总体而言，该平台实现了结构修复与电调制的协同，为组织再生生物电子界面开发提供了有前景的策略。
该研究以题为“Nanofiber-Based Electroactive Interfaces Enabling Coordinated Neuromodulation and Peripheral Nerve Regeneration”发表在

Advanced Materials上。

电活性核壳纳米纤维制备与应用示意图

PPP薄膜与PCL/PPP支架的形态学、力学性能及电学特性分析。(A) 30/70（重量比）PPP薄膜的原子力显微镜（AFM）图像与(B)扫描电子显微镜（SEM）图像。(C) 不同 PSS /亲水性聚氨酯（PU）PEDOT 比下PPP薄膜的导电性与(D)力学性能对比。(E) 含不同浓度PPP的定向排列PCL及核壳结构PCL/PPP纳米纤维SEM图像。插图：透射电子显微镜（TEM）显示明显的PPP包覆层。(F) PCL及含3%PPP纤维的元素分析（C、O、N、S）EDS图谱证实PPP包覆效果。(G) 拉伸应力-应变曲线。(H) 整体电导率测试结果。(I) 纳伊奎斯特图与(J) 波德图。(K) 循环伏安（CV）曲线。(L) 脉冲偏压下的电荷注入波形。(M) 不同纳米纤维膜与PCL/3%PPP导体供电的发光二极管（LED）对比实验（n=3，***P≤0.001）。

电活性纳米纤维促进脊髓干细胞（SCs）增殖与髓鞘形成。(A)通过 CCK -8实验评估在含不同磷脂酰肌醇（PPP）含量的PCL及PCL/PPP纳米纤维支架上培养1、3、5天的SCs增殖情况。(B)荧光图像显示不同支架上SCs在1、3、5天内的形态变化。F-肌动蛋白（绿色）与细胞核（蓝色）分别采用鬼笔环肽和4‘，6-二脒基-2-苯基吲哚（DAPI）染色，比例尺代表100 µm 。(C)不同支架上培养SCs的胞质突起平均长度定量分析。(D)不同支架上培养5天的SCs中髓鞘相关基因（神经生长因子NGF、PMP22及Krox-20）表达情况。(E)不同支架上培养24小时及48小时的SCs细胞内Ca2+成像结果，比例尺代表200 µm（n=3，**P≤0.01，***P≤0.001）。

总结

进一步将该支架卷曲构建神经导管，用于修复大鼠10 mm坐骨神经缺损。术后8周结果表明，PCL/PPP导管在步态分析、感觉功能恢复和复合肌肉动作电位幅度等指标上均显著优于纯PCL导管，并接近自体神经移植水平。组织学与免疫荧光染色显示，该导管有效促进了血管新生、轴突再生和髓鞘重建，其髓鞘密度和轴突直径分别达到自体移植组的69%-95%和95%-98%。转录组学分析进一步揭示，电活性微环境通过上调Cxcl2、Nfkbia和Birc3等关键基因，激活了与轴突生长、血管生成及免疫稳态调控相关的信号通路。该研究通过将导电性、力学匹配与拓扑结构融合于一根纤维中，为周围神经再生提供了一种兼具神经接口功能与组织修复能力的统一平台。

参考消息：

DOI: 10.1002/adma.72880