纳米支架中接触引导与生物信号因子对神经细胞轴突协同导向作用研究

中枢神经系统再生微环境的导向因素是引导再生轴突穿越胶质瘢痕，沿正确途径延伸到达损伤区远侧端并与相应靶建立功能联系的关键。本项目设计一类引导轴突生长的活性纳米支架。包括：纵向平行排列的纳米纤维、呈浓度梯度分布的信号分子和种子细胞。纳米支架模仿了天然细胞外基质的拓扑结构，促进细胞黏附和整合，并诱导细胞沿纤维长轴方向取向，引导轴突定向生长。进一步，沿纤维长轴方向构建呈浓度梯度分布的信号分子，吸引再生轴突逆浓度梯度生长，调节突触连接以及神经传导。发挥纳米纤维趋触性和生物活性信号因子趋化性的协同效应促进轴突再生和定向生长，引导损伤近侧端轴突进入远侧端，重新与靶组织建立突触连接并形成神经回路。本项目最终目的是通过考察微环境中导向因素对神经细胞生长和轴突定向延伸的协同调控作用并建立量效关系，为研究细胞-基质相互作用提供参考，同时也对神经组织工程支架材料的研究和开发以及脑损伤修复具有重要的科学价值。

依照申请书与计划书，项目实施过程中研究设计并构建了一类引导轴突生长的活性纳米支架: 利用静电纺丝技术制备左旋聚乳酸（PLLA）纤维支架，模仿天然细胞外基质结构。利用聚醚酰亚胺（PEI）上的氨基与PLLA分子链上的酯键反应，得到表面均匀带正电荷的纤维，以蛋白质（明胶、层粘连蛋白）为阴离子聚电解质、以壳聚糖为阳离子聚电解质在PLLA 纳米纤维支架上静电自组装。光电子能谱（XPS）数据显示阳离子聚电解质和阴离子聚电解质是交替沉积在纤维表面，沉积的蛋白质随自组装进行不断增加，并且不影响支架的纤维形貌。表面修饰后的纤维支架能够显著促进神经元在纳米纤维支架上的粘附，并且得到了较长的轴突。同时，表面修饰也促进神经干细胞向神经元细胞分化。因此，我们利用一种简单但有效的方法在组织工程支架表面构筑蛋白质-多糖复合物，在拓扑结构和生物化学上同时模仿天然细胞外基质。该部分研究以第一作者已发表在材料类著名SCI期刊J Mater Chem（2012, 22:13187-13196，IF：6.626），和Macromol Biosci （2013, 13: 1601-1609，IF：3.65）。在此基础上，我们成功地在纳米纤维支架上构建了层粘连蛋白和多聚赖氨酸复合物并实现其在纳米纤维支架上呈浓度梯度分布，该结构对背根节神经元轴突定向伸展的诱导。. 项目实施中，承担人也对碳纳米管在生物医学工程领域进行了研究，完成了碳纳米管表面修饰PLLA纤维支架，显著促进成纤维细胞粘附和增殖，并且诱导细胞向支架内部迁移。该部分研究已发表在Carbon （2013, 56:224–234，IF：6.16）。同时，以两亲性短肽为原料制备纳米纤维水凝胶。该纳米支架能够诱导神经干细胞三维生长，以大鼠脊髓全横断为损伤模型，移植该纳米支架显示宿主轴突向支架内生长。提示该支架在脊髓损伤修复具有潜在的应用前景。. 承担人在本项目执行期间共发表SCI收录论文5篇，EI收录1篇。成功申请项目4项，包括973子课题、博士后科学基金一等资助、广东省高校优秀青年教师培养计划和珠江科技新星专项。入选“香江学者”计划。