由于神经系统损伤后会导致神经系统退行性的改变，因此神经组织的修复显得尤为重要。在这篇文章中，作者总结了可注射水凝胶用于神经组织再生和修复的研究进展，包括体内实验和体外实验。

一、神经系统介绍

神经系统包括中枢神经系统和周围神经系统，其主要功能是用来监视和控制人体绝大多数的自动活动。该系统在神经退行性疾病，如帕金森、阿尔兹海默症、创伤性损伤等，发生时造成神经元的损伤是不可逆的，即疾病期间受损的神经元其增殖和再生能力相对较差，这也反映了神经系统是一个相对局限的系统。

中枢神经系统的再生能力受到神经系统疾病的影响，这是因为这些神经系统疾病会引起一系列级联反应，导致继发性神经元变性和死亡，因此可为患者提供的治疗方案相对局限。临床上需要针对这些问题开发相应的新的治疗策略。神经组织工程作为一个多样化的生物医学领域，其结合了计算神经科学，临床神经病学，生物材料科学和纳米技术，可从新角度解决神经系统疾病面临的困境。

二、用于神经系统再生的水凝胶支架

水凝胶是一个多孔的三维网络结构，由于其聚合物结构上连接有多个亲水基团，例如羟基、胺基、羧基等，因此具有较高的含水量（如图所示）。在水凝胶的空间内可以包含分子（如药物或生物活性化合物）和其他溶剂（PBS缓冲液），可以用于如组织工程，伤口愈合和递送药物。此外，水凝胶的特点是具有相互连接的聚合物网络，这些网络能够大量吸收水而不分解其结构。

图. 水凝胶的结构：A 理想网络结构；B 可能的缠扰结构；C 水凝胶的网络微结构

水凝胶具有高的孔隙率、合适的孔径大小、弹性、生物相容性，以及可调节的物理、化学和生物特性。其中，可注射水凝胶作为一种生物材料可以以液体的形式注射进入人体，在体内随着温度的变化而凝固成为固化的水凝胶。

三、可注射水凝胶修复神经组织

周围神经损伤的常规治疗方法包括使用自体神经移植，但该方案需要手术治疗，并受到供体限制、神经功能丧失和疤痕形成的影响。利用组织工程可以制备一款神经导管，其具有柔性的生物力学结构、良好的生物相容性，同时可以模拟周围神经的细胞外基质环境。

通过相关的体内实验数据表明，可注射水凝胶对于神经系统的恢复有较大的潜力（表1）。

表. 用于周围神经损伤的可注射水凝胶

原表. 用于周围神经损伤的可注射水凝胶

示例1

团队设计了一款可注射的壳聚糖移植物——充满神经生长因子的透明质酸水凝胶，它可以在生理pH条件下凝胶，且凝胶时间随着壳聚糖与透明质酸摩尔比的增加而降低。这款水凝胶显示出82%-87.12%的连续多孔网络结构，且平均孔径在42.19-73.53 µm之间。当水凝胶吸收至合适的水浓度时，其显示值介于13-18 w/w之间，在56天的培养孵育时间内，神经生长因子的释放曲线大约为70%和98%。将RSC96施旺细胞置于水凝胶中培养3天，发现有更明显的细胞数量增长（相比于对照组）。此外，载有神经生长因子的水凝胶增强了细胞粘附和增殖能力。体内实验表明，手术后的小鼠在行走和手术侧的腿部与手术前相比没有显著变化，且坐骨神经功能指数表现合适，也说明了小鼠运动功能的恢复。

下图中显示了大鼠植入神经导管1和3个月后取出的示意图，结果表明实验组，即含有可注射透明质酸-壳聚糖的神经因子的神经导管，相比于对照组对神经纤维数量和成熟度上有更强的诱导性，且3个月组中神经纤维的生长分布更加均匀。

图. A）大鼠植入神经导管1和3个月后取出的横截面，红色箭头显示神经纤维。(a–d)：自体移植组；(e– h)：聚（D，L-乳酸）/β-三磷酸神经导管组；(i – l）：聚（D，L-乳酸）/β-三磷酸神经导管/透明质酸–壳聚糖组；(m-p)：聚（D，L-乳酸）/β-三磷酸神经导管/透明质酸 -  壳聚糖/神经生长因子组。B）再生的髓鞘纤维的轴突直径。C）再生的髓鞘的厚度。D：再生神经纤维的直径。E）再生的髓神经纤维密度。数据通过单向方差分析ANOVA，其中p <0.05*

示例2

团队开发了由甲基丙烯酸化明胶组成的可注射水凝胶，这些水凝胶载有血管内皮生长因子/模拟肽纳米脂质体，通过紫外线将其交联。体外实验：将PC-12和RSC96细胞接种到水凝胶中，结果发现在培养孵育的3天内细胞显示出较高的活力（高于80％）。体内实验：作者评估了大鼠神经再生过程中的新血管化过程，结果显示植入7天后有微血管密度显著增加（66个微血管/视野），同时发现有两个利于血运重建的关键血管遗传标记（HIF-1α和VEGFR2）。下图显示了手术后第28天的再生神经的横截示意图，结果表明在可注射水凝胶的使用下再生神经截面没有明显的坏死或疤痕组织产生，且受损神经有适当的轴突和髓鞘再生。

图. 手术后第28天再生神经的中间横截面。A）苏木精-伊红(HE)染色，B）Luxol染色，C）S100和Neu Rofilement-200的免疫荧光染色，D）髓磷脂碱性蛋白质和βIII小管蛋白的免疫荧光染色，E）再生的神经纤维的切片，F）再生神经纤维横截面的TEM图像，G）TEM观察的髓鞘厚度，（H）从TEM观察的再生的轴突纤维直径。p <0.01 ** ，p <0.001***

示例3

团队开发了一种载有黑磷纳米片和扎罗汀的壳聚糖水凝胶，通过365 nm的紫外线照射进行交联，水凝胶是平均孔径在80至160 µm的多孔水凝胶。体外实验表明该水凝胶在对PC12细胞孵育培养7天后，能明显促进细胞的生存和分化能力。体内实验表明，使用该水凝胶后，大鼠的后肢运动功能得到明显恢复，并通过运动足迹得到验证。下图显示，植入水凝胶的实验组中大鼠远端神经上的微管相关蛋白2和巢蛋白标记物染色较明显，说明其远端神经保持正常的功能和活性。

图. 水凝胶植入促进神经再生。A）大鼠纵向脊髓切片的免疫组织荧光图像；B）巢蛋白的定量分析，C）MAP2的定量分析，D）不同组的VEGF和CD31的蛋白质表达，E）水凝胶释放药物促血管再生的方案。*p <0.05，*** p <0.001，**** p <0.0001

四、小结

注射水凝胶是神经组织修复的潜在生物材料，其具有多种优势，如多孔性、交互性、与神经组织相似的机械性、生物相容性等。在本文中，主要介绍并讨论了注射用水凝胶在周围神经和脊髓损伤修复中的的最新进展。