Bioactive Materials
基于微流控技术构建仿生分级纤维束用于周围神经再生

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该研究通过仿生设计分级纤维束，为 周围神经损伤 提供了具有空间引导能力的新型支架，提示在组织工程中应更重视神经束结构的模拟以提升再生效果。

 

文献概述

本文《Bioinspired hierarchical fibre bundles from microfluidics for nerve regeneration》，发表于《Bioactive Materials》杂志，系统探讨了基于微流控技术构建具有神经束仿生结构的水凝胶纤维支架，用于促进周围神经再生。作者通过模拟周围神经中平行排列的神经纤维结构，开发出可调控形态与成分的分级纤维束，显著提升了施万细胞的排列与迁移能力，并在大鼠坐骨神经缺损模型中验证了其优越的再生促进功能。

背景知识

周围神经损伤影响全球数百万人，严重时可导致永久性运动和感觉功能丧失。当前临床治疗依赖自体神经移植，但存在供区受限、神经瘤形成等并发症，因此急需开发可替代的神经导管支架。现有支架多为中空微纤维或表面微结构修饰的导管，虽能支持轴突延伸，但难以模拟神经束的层级结构，限制了再生质量。此外，施万细胞在再生过程中需有序排列以形成Büngner带，指导轴突再生，而传统材料缺乏对细胞排列的物理引导。因此，构建具有仿生层级结构的支架成为突破瓶颈的关键。本研究从神经解剖结构出发，设计可调控的微流控系统，生成包含多个内部纤维的水凝胶壳结构，精准模拟神经束微环境，为解决细胞排列无序、再生效率低下的问题提供了新路径。该设计兼顾机械稳定性与生物活性，通过引入GelMA/ECM增强细胞黏附，同时利用藻酸盐快速离子交联实现结构成型，为实现功能性神经再生提供了新思路。

 

针对周围神经损伤研究，赛业生物提供多种神经疾病基因编辑大小鼠模型，涵盖基因敲除、条件性敲除、点突变、转基因和人源化等多种靶向方式，支持从疾病建模到药效评价的全流程研究。我们提供超2000例现货KO/CKO神经小鼠模型，适用于阿尔茨海默病、帕金森病、杜氏肌营养不良等疾病研究，助力神经再生机制探索与治疗策略验证。

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研究方法与核心实验

作者采用多级同轴微流控装置，通过控制多相流体的层流与快速离子交联，生成具有水凝胶外壳和内部封装纤维的分级结构。纤维外壳由藻酸钠与CaCl₂交联形成，内部纤维则由含GelMA、ECM蛋白的前体溶液在Ca²⁺环境中凝胶化生成。通过调节各相流速，可精确调控纤维直径与壳层厚度。该系统支持多种纤维数量（1–12根）与不同生化成分的独立灌注，实现空间异质性设计。实验使用SD大鼠作为动物模型，构建10 mm坐骨神经缺损，植入分级纤维束、中空微纤维或硅胶导管，术后8周评估功能恢复。施万细胞（RSC96）用于体外共培养实验，评估细胞活力、迁移与排列。采用步态分析、电生理检测、免疫荧orescence染色、组织学分析等手段系统验证再生效果。

关键结论与观点

• 分级纤维束显著提升施万细胞的迁移能力，较中空微纤维增加约40%，表明ECM成分与纤维结构协同促进细胞活动。
• 体外培养显示施万细胞沿内部纤维高度排列，取向角低于30°，证明纤维提供有效物理引导，有助于形成神经束样结构。
• 在SD大鼠模型中，分级纤维束组的坐骨功能指数（SFI）恢复至接近假手术组水平，显著优于其他对照组，提示运动功能显著改善。
• 电生理检测显示，分级纤维束组复合动作电位振幅更高，传导速度更快，潜伏期更短，表明神经信号传导功能更优。
• 免疫荧光染色显示NF-200与S100β阳性表达显著上调，MBP标记的髓鞘更完整，证明轴突再生与髓鞘化增强。
• 肌肉萎缩分析显示，腓肠肌横截面积（CSA）在分级纤维束组显著增大，胶原沉积减少，说明神经再支配有效抑制肌肉萎缩。
• 体内降解实验表明，支架在两周后保留约80%原始重量，支持其在早期再生阶段提供稳定物理引导。
• CD31染色显示血管生成显著增强，提示支架可能通过促进血管化间接支持神经再生。
• 炎症标志物CD68表达未见显著升高，结合溶血实验结果，表明材料具有良好生物相容性。
• 该支架可通过调整纤维数量与成分实现个性化设计，为未来临床转化提供了可扩展平台。

研究意义与展望

该研究为周围神经再生提供了结构与功能协同优化的新策略。传统神经导管多关注宏观结构，而本研究强调微观层级仿生的重要性，提示未来设计应整合多尺度引导线索。分级纤维束不仅提供物理导向，还通过ECM成分增强细胞黏附与迁移，模拟天然神经束微环境，为构建功能性神经组织工程支架树立了新标准。

从药物开发角度，该平台可用于测试神经营养因子或小分子药物的缓释效果，结合微流控可实现多腔室载药设计，实现时空控释。此外，该系统易于扩展至其他组织工程领域，如肌腱、血管等纤维性组织的构建。

在疾病建模方面，此类仿生支架可用于构建体外神经损伤模型，研究施万细胞-轴突互作、脱髓鞘与再髓鞘过程，尤其适用于Charcot-Marie-Tooth病、Guillain-Barré综合征等周围神经病的研究。结合iPSC分化神经元，可构建患者特异性模型，推动精准医学发展。

 

在神经药效评价研究中，赛业生物提供精细化注射给药服务，包括脑立体定位注射、鞘内注射、鼻腔注射等多种方式，结合行为学实验如水迷宫、高架十字迷宫等，全面评估药物对神经功能的影响。我们构建了多种神经退行性疾病模型，支持药理药效评价与分子病理验证，为神经再生相关药物开发提供可靠平台。

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结语

该研究通过微流控技术成功构建了仿生分级纤维束，精准模拟周围神经的束状结构，显著提升了施万细胞的排列与迁移能力，并在大鼠模型中实现了优于传统导管的功能性神经再生。其核心优势在于结合了物理引导与生物活性成分，形成稳定且可调控的微环境，有效促进轴突延伸、髓鞘化与肌肉再支配。这一设计克服了现有支架缺乏层级结构引导的瓶颈，为解决长段神经缺损提供了新思路。从实验室到临床，该技术具备良好的可扩展性与生物相容性，有望发展为下一代神经导管产品。未来结合基因编辑动物模型，如S100β-cre或P0-cre小鼠，可进一步解析细胞特异性响应机制。同时，该平台为药物筛选与疾病建模提供了理想载体，推动周围神经病的机制研究与治疗策略优化，有望成为神经修复领域的基石技术之一。

 

Yunru Yu, Binghui Jin, Yi Chen, Li Wang, and Yuanjin Zhao. Bioinspired hierarchical fibre bundles from microfluidics for nerve regeneration. Bioactive Materials.