細胞力學 ~ 神經的“絕處再生”

難以實現的人造神經支架

當指尖再也觸不到愛人掌心的溫度，當腳踝在臺階前反復踉蹌卻抓不住平衡，周圍神經損傷留下的，從來不止是麻木的皮膚。那些遍佈全身的神經一旦受損，就可能讓抬手、邁步這些本能動作變成奢望，而傳統修復材料卻總在“支撐”與“順應”間顧此失彼：太硬的支架會磨傷新生神經，太軟的又撐不起再生通路。

這項發表在《Materials & Design》上的研究《Cyclic tensile stimulation enrichment of Schwann cell...》為神經組織工程提供了新思路：研究團隊通過3D生物列印技術製備了含有人體施萬細胞的負泊松比水凝膠支架，並結合週期性拉伸刺激，顯著促進了神經再生相關的細胞活性與蛋白表達。今天我們就來一起解讀這項創新研究~

神奇的“負泊松比”

你可能聽說過“拉伸時變細、壓縮時變粗”的普通材料，但“負泊松比材料”卻反其道而行之。這種特殊的力學特性，讓它能更均勻地分散應力，研究者們認為，天然神經細胞本身也表現出一定的“拉脹”特性，因此這種材料非常適合類比人體神經組織的微環境。

研究團隊用魚明膠甲基丙烯醯胺（FGelMa）作為原料，通過範本成型法製備了負泊松比水凝膠支架（圖A）。支架兩端採用剛性更強的GelMa 材料，方便與拉伸生物反應器連接，中間則是負載施萬細胞的 FGelMa（圖B）。為了類比體內神經組織受到的自然力學刺激，研究團隊使用ATMS動態培養系統（圖 C），對支架施加20% 形變、0.48Hz 頻率的週期性拉伸，並與靜態培養組對比。

細胞的驚喜變化

l   增殖加速：拉伸組細胞數量在 3 天、7 天時分別比靜態組多 1.1 倍、1.3 倍（圖 3B），14 天仍保持優勢；

l   功能增強：拉伸組分泌的神經生長因數（NGF）顯著增加，3 天、7 天時分別是靜態組的 1.2 倍、1.4 倍（圖 4A）；

l   受體啟動：拉伸刺激讓 NGF 的受體 TRKA 表達提高 25%，而與凋亡相關的 p75NTR 不受影響（圖 4B），意味著只促進再生，不誘導細胞死亡。

1+1>2：拉伸 + NGF 的協同增效

 既然拉伸能促進 NGF 分泌，那額外添加 NGF 會有什麼效果？研究設置了 “靜態 + NGF”“拉伸 + NGF” 等分組，發現額外添加NGF在拉伸環境下效果倍增！“拉伸 + NGF”組的施萬細胞不僅形態優化（紡錘狀、沿力方向整齊排列，軸突更長，見圖5A），更通過啟動PI3K/AKT通路（圖5B），使神經再生關鍵蛋白（如GDNF、HuC/HuD）表達飆升（圖6）。

為確認 NGF 的作用路徑，研究團隊用 TRKA 抑制劑（AG879）處理細胞後發現：神經再生相關蛋白表達大幅下降（圖A），細胞形態也變得鬆散（圖B）。這說明，拉伸與 NGF 的協同效應主要通過 TRKA 受體實現，為後續靶向治療提供了明確方向。

未來：從實驗室到臨床

這項研究將負泊松比水凝膠支架、週期性拉伸刺激與 NGF 結合，證明了力學微環境對神經再生的重要性。其中，ATMS 系統為精准施加力學刺激提供了可靠支援，而負泊松比材料與細胞的“動態互動”，更是為周圍神經組織工程開闢了新思路。未來，這種技術有望加速從實驗室到臨床的轉化，讓更多神經損傷患者重獲新生。