针对上述问题， 武汉理工大学戴红莲与武汉大学中南医院喻爱喜团队开发了一种整合化学信号、微纳结构和电刺激的复合再生微环境，用于修复长段周围神经损伤。该策略采用持续且响应性释放策略动态递送一氧化氮（NO），以精准调控氧化应激和炎症反应；设计明胶-硫辛酸-硒代硫辛酸（Gel-LA-SA）微凝胶基水凝胶，形成互连大孔支架，相比传统水凝胶显著促进细胞浸润和生长；同时构建非侵入性电活性导管提供外部电刺激，促进神经细胞迁移和神经生长因子分泌。这些组件协同作用，共同引导轴突再生、支持快速血管再生并增强营养供应。该多功能导管通过整合NO信号传导、先进水凝胶支架和电刺激，有效突破了长段神经缺损再生的关键瓶颈，为神经系统疾病治疗和组织再生提供了新思路。该文章于2025年12月19号以《An Injectable and Modular NO-Adaptive Delivery System for Modulating Regenerative Microenvironment in Long-Segment Nerve Injury》为题发表于《Advanced Materials》（DOI：10.1002/adma.202510948)。

图1 构建充满微凝胶的电活性神经导管，具备自适应持续释放NO和修复神经再生功能示意图

（1）ptkno NPs的合成与表征

研究团队合成了一种ROS响应性NO供体聚合物（PTKNO），并将其自组装成纳米颗粒。这一设计不仅提高了药物的稳定性，更实现了一种巧妙的“级联响应”机制：当纳米颗粒遭遇高浓度的ROS（H₂O₂）时，其结构中的硫酮键（TK）断裂，导致颗粒解体并暴露硝酸酯基团，同时释放出硫丙酸。硫丙酸进一步辅助硝酸酯还原，从而在氧化应激最严重的地方释放出最高浓度的NO，实现了“敌强我强”的智能调控。

图2.ptkno和PTK NPs的制备与表征。A) ptkno与PTK合成反应示意图。B) ptkno自组装成纳米颗粒示意图。C) ptkno和PTK NPs的TEM图像和粒径分布。比例尺：50和100纳米。 D) (a)在ofROS作用下ptkno NPs加速NO释放的机理，(b)在ofROS作用下ptk的分子结构变化示意图。 E) ptkno在H2O2 （CD3CN:D2O=3:1）中分子结构变化的1HNMR谱图。

（2）Gel-LA-SA 微凝胶的合成与表征

为了解决传统水凝胶孔隙过小限制细胞迁徙的问题，团队利用微流控技术制备了Gel-LA-SA微凝胶。这些微米级的小球表面接枝了硫辛酸和硒硫辛酸，赋予了其光交联能力。将这些微球注入导管后再次光照固化，微球之间自然堆积形成的大孔隙（Macropores）构成了相互连通的网络。这种结构不仅利于营养物质的渗透，更让施万细胞能够自如地在导管深层安家落户。

图3.Gel-LA-SA 微凝胶的合成与表征。A)硫辛酸和硒硫辛酸接枝明胶合成反应过程的分子式。B)Gel-LA-SA溶胶原理图及反应机理公式微流控制备Gel-LA-SA微凝胶。C)凝胶-LA-SA微凝胶的照片：(A)甲基橙染色；(B)亚甲蓝染色；(C)罗丹明B染色的照片；(D)罗丹明B染色后的荧光图像；比例尺：200μm。d)以微凝胶为结构单元的紫外光形成水凝胶的机理图。E)Gel-LA-SA微凝胶经紫外线照射后用罗丹明B和亚甲基蓝染色形成完整水凝胶的图片。F)Gel-LA-SA和PTKNO纳米粒子/Gel-LA-SA微凝胶的扫描电子显微镜图像。比例尺：500m.g和100m.g)(A)应力-应变曲线，(B)杨氏模量，以及(C)Gel-LA-SA水凝胶和微凝胶基水凝胶的极限压缩应变。H)Gel-LA-SA和GelMA水凝胶和微凝胶对DPPH的清除能力。*宝洁0.001。1)凝胶-LA-SA水凝胶在含不同浓度H_2O_2(0、50μm、200μm)的PbS溶液中的降解。

（3）胞内NO释放标记及其抗氧化、线粒体保护作用

在体外实验中，研究者验证了这套系统对神经细胞（RSCs）的保护作用。面对H₂O₂诱导的氧化损伤，PTKNO纳米颗粒能够显著清除胞内ROS，并拯救线粒体功能。它通过激活cGMP/PKG通路，上调了线粒体融合蛋白（MFN1/2, OPA1）的表达，维持了线粒体膜电位和ATP的合成，从而阻断了细胞凋亡的进程。

图4.胞内NO释放标记及其抗氧化、线粒体保护作用。A)外源性H2O2激活PTKNO在RSCs中释放NO。标尺：100μm。B)内源性ROS激活ptkno在RAW 264.7细胞中释放NO标记。标尺：100μm。C)细胞中响应ROS的PTKNO NPs释放no的示意图。 D)材料和H2O2连续孵育后RSCs的LIVE/DEAD染色图像。E) JC-1荧光探针检测RSCs线粒体膜电位。标尺：100μm。F)使用荧光探针DCFH-DA检测RSCs中的fros。 G) RSCs红绿荧光强度比统计数据。H)流式细胞术检测材料处理后H2O2诱导的rscs凋亡情况。I) no对mfn1、MFN2和OPA1线粒体融合相关基因表达的影响。J) rscs ATP含量数据汇总。*p < 0.05, **p < 0.01, **p < 0.001， NS：无统计学意义。

（4）术后1周的转录组学分析揭示炎症调控机制

为了深入探究NO在体内的作用机制，团队对植入后1周的神经组织进行了转录组测序（RNA-seq）。结果表明，NO的释放深刻改变了局部微环境的基因表达谱。它一方面强力抑制了NF-κB炎症通路，下调了TNF-α、IL-6等促炎因子的表达；另一方面，激活了与血管生成和神经再生相关的信号通路。这说明该系统成功地将损伤早期的“促炎环境”重塑为利于修复的“再生环境”。

图5.术后1周NO对炎症和再生的调节作用。A)差异基因表达火山图。B) NO激活钙信号通路，促进神经营养因子表达和抗氧化的机制示意图。C) NO抑制NF-B通路激活的机制图。D)与PTK NPs组相比，NF-B通路相关基因表达水平相对变化的热图。E)氧化石墨烯富集条形图（细胞粘附、炎症和神经生长）。F) kegg富集散点图（细胞粘附、信号、炎症、神经再生）。G)与PTK NPs组相比，cGMP/PKG通路相关基因表达水平相对变化的热图。 no对炎症通路抑制作用的验证。P < 0.0001。

（5）NO与电刺激协同促进血管化及因子表达

长段神经修复不仅需要“路通”，还需要“电通”和“血通”。实验发现，NO释放与无线电刺激（ES）具有协同效应。电刺激通过磁感应线圈产生，非侵入且安全。两者联合使用，显著促进了血管内皮细胞（HUVECs）的成管能力，并大幅上调了BDNF、NGF等关键神经营养因子的表达。这种“电-化学”双重信号，为神经再生提供了充足的血供和生长指令。

图6.NO与电刺激协同促进血管化及因子表达。A)划痕伤口愈合试验评估 NO 和电刺激对 0 至 24 小时 HUVEC 迁移的影响。 比例尺：200 μm。B) 8小时管形成实验以评估NO和电刺激促进新血管形成的能力。比例尺：200 μm。C)通过24小时Transwell方法评估NO和电刺激对HUVEC迁移的影响。比例尺：100 μm。D) NO和电刺激促进细胞增殖和迁移的机制。E) 12和24小时后划痕愈合率的统计数据。F) HUVEC 中管形成数量和节点数量的统计数据。比例尺：200 μm。G) NO和ES对RSCs中BDNF、NGF、NT-3和GDNF神经生长因子基因表达的影响。H)术后1周近端神经附近的VEGF/CD31免疫荧光染色。 比例尺：50 μm。  I)术后一周近端神经附近的 eNOS 免疫组织化学染色。 比例尺：50 μm。 J)术后1周近端神经中eNOS、VEGF和CD31的基因表达。* p < 0.05，** p < 0.01，*** p < 0.001。

（6）术后12周神经再生与功能恢复的综合评估

在大鼠坐骨神经长段缺损模型中，该多功能导管在术后12周展现了媲美自体神经移植的疗效。透射电镜显示再生神经具有厚实且结构完整的髓鞘；腓肠肌的萎缩被有效遏制，形成了大量成熟的神经肌肉接头（NMJ）；电生理检测显示神经传导速度和肌肉动作电位均恢复至高水平。步态分析进一步证实，大鼠的运动功能得到了实质性恢复。

图7.术后12周评估NO对神经组织再生和功能恢复的影响。A) 再生神经横切面的 TEM 图像。 比例尺：2:1;500；和100纳米。 B) 腓肠肌-BTX染色图像及神经肌肉接头示意图。 比例尺：50 μm。 C) 从腓肠肌的-BTX 染色图像统计得出的每平方毫米 NMJ 数量图。 D)平均轴突直径的汇总数据。 E)平均髓磷脂厚度的汇总数据。 F)通过计数LFB染色图像获得髓鞘面积的百分比。 G)通过TB染色图像获得每平方毫米直径大于4μm的轴突数量。 H)腓肠肌-BTX染色图像中成熟NMJ的比例。I)腓肠肌湿重比统计(伤侧与正常侧)。J) 阳性胶原面积百分比的统计数据。K) 再生神经传导速度统计。L) CMAP 峰-峰电位统计。M)坐骨神经功能指标统计结果。N) HE、LFB 和TB染色。比例尺：50 μm。O）腓肠肌的 Masson 染色。 比例尺：200 μm。P) PTK组、PTKNO组、自体移植组再生神经的电生理评价。Q) 足迹的代表性照片。 *p < 0.05，**p < 0.01，***p < 0.001。

（7）电活性NO微凝胶导管调控神经再生全过程机制

该图综合阐述了该集成系统通过NO释放、微凝胶支架和电刺激协同调控神经再生过程的整体机制与效果。

图8.电活性神经导管填充NO响应性微凝胶对神经再生过程调控的分析。外周神经损伤后，受损神经及邻近组织会释放大量促炎细胞因子。与此同时，巨噬细胞参与轴突碎片的吞噬作用，进一步加剧细胞因子和趋化因子的释放。这种炎症环境导致线粒体功能障碍，引发活性氧（ROS）和活性 RNS（RNS）的过度产生，从而触发急性和亚急性长期炎症反应。在此条件下，ROS介导的 PTKNO 激活会释放NO，减轻炎症和线粒体功能障碍，为细胞增殖和迁移提供有利的免疫微环境。随后，基于微凝胶的水凝胶形成宏观与微观多级多孔结构，为细胞生长提供适宜空间并加速神经细胞桥的形成。释放的NO可促进桥上血管系统的极化，为施万细胞提供生长路径和营养环境以驱动轴突生长。此外，电刺激激活CaMKII通路，提高导管内神经生长因子的分泌水平。这些生长因子在诱导和加速神经向远端区域定向生长中起关键作用，确保有效且功能性的神经再生。