尹斓课题组合作实现新型可降解自供电神经修复导管

bailianhua

近日，清华大学材料学院副教授尹斓与解放军总医院骨研所的学者合作发布了关于外周神经修复的最新成果——一种新型完全降解的自供电神经修复导管。长截段外周神经缺损的修复是再生医学领域的一个重大难题，即使通过目前最先进的显微手术进行修复，即采用自体神经移植移植，也无法使人体的运动和感觉功能完全恢复，同时还会增加供体神经支配区的发病率。已经有研究表明电刺激对神经再生有促进作用，但是目前还没有有效的手段将电刺激装置精准的应用于神经截断部位，并且不产生附带损伤。尹斓课题组成功制备了一种新型完全可降解的自供电微型神经导管，该神经导管不仅其结构可以引导神经再生，而且可以对神经截断部位进行精准的电刺激，并且在神经修复结束后可自发降解，无需二次手术取出。

图1.完全可降解的自供电神经修复导管的结构，功能以及应用部位的示意图

        该自供电神经修复导管由可降解原电池与人工导管复合而成，可提供结构及电场双重诱导作用。神经导管最外层为多孔PCL，提供力学支撑，第二层为与神经组织力学性能相匹配的柔性PLLA-PTMC材料，最内层为电纺PCL纤维薄膜。该电活性导管可在大鼠体内提供大约3天的持续电场，促进外周神经的再生。

图2.完全可降解的自供电神经修复导管结构、电性能表征

为进一步验证该导管的实际作用，进行了详细的体外细胞实验，以及大鼠体内实验。在体外与体内实验中，该神经导管均可以自发地形成稳定的电场环境。在细胞实验中发现，电刺激可以显著促进神经细胞的生长，提高神经细胞的钙离子活性，加速雪旺细胞的增殖以及促进多种神经营养因子的分泌。在体内实验中，该自供电神经导管的电刺激作用显著促进了外周神经组织的修复以及运动功能的恢复。该导管的结构设计以及材料的选择为自供电的组织支架的设计提供了一个新的思路，未来可通过对导管结构以及材料的改进，来应对不同的组织损伤的修复。

图3.自供电导管与无电场导管植入12周后的修复效果对比图

       以这项工作为基础，尹斓课题组于2020年12月11日在《科学进展》（Science Advances）在线发表了题为“一种完全可降解的自供电神经再生医学电子器件”（A fully biodegradable and self-electrified device for neuroregenerative medicine）的研究论文。
清华大学材料学院尹斓副教授，解放军总医院骨研所副主任彭江和副研究员王玉为共同通讯作者，课题组博士后王柳，解放军总医院博士生鲁长风，清华大学材料学院2017级博士生杨淑慧，2018级博士生孙鹏程为本文的共同第一作者。清华大学材料学院王秀梅教授、陈浩副教授，电子系盛兴副教授，生命学院熊巍研究员，北京理工大学汪世溶副研究员为本研究提供了重要帮助。本工作的开展获得了国家自然科学基金、中国博士后科学基金、北京市自然科学基金、国家重点研发项目等基金项目的支持。


      论文链接：https://advances.sciencemag.org/content/6/50/eabc6686.full

供稿：材料学院

编辑：李华山

审核：吕婷

       文章来源：清华大学

       尹斓，博士，清华大学副教授。主要的研究方向包括：（1）新型可降解电子器件。器件在人体内完成任务后，可以自然、安全地‘消失’，从而避免了二次移除手术。这种生物相容、可降解的电子器件将在生物医用领域开辟全新的道路；（2）大规模储能电池。风能、太阳能等能源固有的间歇性，是阻碍可再生能源发展的瓶颈，而解决这一重要问题的关键，则是发展大规模储能技术，大规模储能技术是近年来国内外的热点问题，市场潜力巨大。熔盐电池以其廉价的成本优势，将有希望成为主要的大规模储能技术之一，在电网调峰、调频、系统备用、可再生能源对接电网、以及分布式发电和微电网等方面发挥重要的作用。一系列代表性成果在Nature、Advanced Materials、Advanced Functional Materials等权威杂志上发表并被选为封面和亮点文章，多次参加Gordon-Kenan Seminar, TMS, MRS 等学术会议，受到国际同行和媒体的高度评价。