磁性荧光碳点提高周围神经再生速度与精准性的作用及机制研究

Peripheral nerve injury is a common and difficult disease. The two main factors of functional recovery of peripheral nerve injury are the lack of dynamic nerve source and delayed nerve regeneration. Earlier the subject of the use of new non-toxic carbon building in vivo neural tracing technology, accurate judgment of prognosis of peripheral nerve injury and repair effect of nerve regeneration function, timely processing delays, effectively shorten the treatment time, avoid target organ denervation atrophy, and the research we found that fluorescent carbon dots by photothermal effect can promote axon growth. A new type of polymer carbon dots (PCNDs) with magnetic and near infrared fluorescence properties were synthesized, which had good biocompatibility and low toxicity. Therefore, this study intends to PCNDs as the starting point, the use of PCNDs mediated activation of neurons induced by magnetic thermal conversion and axon growth by stretching magnetic effect, promote axonal regeneration; at the same time, by adjusting the magnetic field to control the growth direction of growth cone to achieve the target, the axon associated with specific target organ reconstruction, and to PCNDs for near infrared fluorescence in vivo observation in the process of real-time indicator, can effectively improve the speed and accuracy of peripheral nerve regeneration, relieve nerve regeneration delay significantly promote function recovery and improve the prognosis of patients, clinical difficult to solve.

周围神经损伤是临床常见病、疑难病。动力神经源不足和神经再生延误是影响周围神经损伤修复后功能恢复的两个重要因素。本课题组前期利用新型无毒性碳点建立活体神经示踪技术，可早期准确判断周围神经损伤修复效果及功能转归，及时处理神经再生延误，有效缩短治疗时间，避免靶器官失神经萎缩；并且研究中我们发现荧光碳点通过光热效应可促进轴突生长。本组最新合成同时具有磁性和近红外荧光性质的新型聚合物碳点（PCNDs），其生物组织相容性好、毒性极低，具有较好应用前景。由此，本研究拟以PCNDs为切入点，利用PCNDs介导磁热转化激活神经元并通过磁力效应诱导轴突拉伸生长，促进轴突再生；同时，通过调控磁场以靶向控制生长锥生长方向，实现轴突与靶器官重建特异性联系；并以PCNDs近红外荧光为示踪剂实时活体观测该过程，期望有效提高周围神经再生速度以及精准性，消除神经再生延误，显著促进功能恢复，切实提高周围神经损伤的修复效果。

周围神经损伤是一种世界范围内的常见病、疑难病，目前尚缺乏一种令人满意的治疗手段。周围神经在外伤或退行性疾病后常引起功能的丧失和较差的恢复，易导致肢体的残疾，给患者家庭和社会带来沉重的负担。对于周围神经的损伤与修复，虽然经历了将近一个世纪的研究，但目前神经修复的效果还是难以令人满意，据统计只有大约50%的患者能够获得有效的功能恢复。周围神经损伤修复后功能恢复不佳的主要原因与神经轴突再生的速度缓慢和精准性差有关，对这两方面问题的研究是解决上述临床难题的关键，也是目前在临床和基础研究领域中所共同关心的热点问题。在本项研究中我们制备并表征了一种新型具有荧光-磁性双重功能的Fe3O4·罗丹明6G@PDA超粒子（FMSPs），并提出了一个新颖的方法，通过将FMSPs整合到细胞内，并且将FMSPs装载的细胞转移到磁敏感的环境中，通过FMSPs与磁场相互作用所产生的磁性机械力实现对神经细胞的调控。我们通过实验证实在外部磁场的作用下，利用FMSPs所介导的磁力刺激不但可以提高神经元轴突再生的速度和方向性，还能够靶向的驱动施万细胞的迁移和分布。本论文聚焦于周围神经损伤与修复的临床难题，结合目前热点的生物纳米技术，根据研究需要设计合成了一种新型具有荧光-磁性双重功能的超粒子（FMSPs），其具有良好的生物相容性，能够被神经细胞和神经胶质细胞大量摄取并将其磁化，通过FMSPs与磁场之间相互作用所产生的纳米磁性机械力，为神经元轴突的再生和施万细胞的迁移提供了一个远程、无创、精确的调控，有效的促进了神经的生长速度，提高了神经的再生能力。本研究获得的研究成果共计发表相关 SCI 论文 9篇，累计影响因子49.344，最高影响因子10.435。以本课题研究成果为基础，课题组成员获得国家自然科学基金项目2项。我们期望通过本项研究能为临床上周围神经损伤的修复与再生治疗提供一种新的思路和策略。