上海长征医院骨科陈华江教授团队提出“仿生力学调控+生物粘合”治疗脊髓损伤新策略

近日，海军军医大学第二附属医院（上海长征医院）骨科副主任兼颈椎外科病区主任陈华江教授团队联合上海交通大学袁伟恩研究员在材料科学领域知名期刊Advanced Functional Materials（影响因子IF：19分，中科院TOP一区）在线发表题为“Mussel-Inspired Hydrogel Promotes Axon Regeneration via Piezo1 Modulation and Cytoskeleton Dynamics in Synergy After Spinal Cord Injury”的原创论著。

上海长征医院陈华江教授、胡博副教授及上海交通大学袁伟恩研究员为本文共同通讯作者，上海长征医院主治医师郑根江为第一作者，杨晨主治医师、田野副教授为共同第一作者。

研究表明，脊髓发育过程中其机械硬度在逐渐变“硬”，而这一机械信号的变化与神经元的再生能力的退化呈现出高度一致性；当脊髓损伤后，病灶局部神经瘢痕增生，机械硬度微环境硬度继续恶化，神经元轴突在这种病理条件下其再生能力几近于零。现有的神经生物支架多侧重于负载细胞因子、小分子药或某些具有干性的细胞，单纯作为载药系统治疗脊髓损伤。而机械信号对轴突再生的调控作用常被忽视，缺乏能模拟脊髓力学特性、高效组织整合并动态引导轴突生长的神经支架系统。该研究基于此，利用仿生学理念开发可重塑力学微环境的新型水凝胶，为脊髓损伤的治疗提供了全新的以机械力学切入点的全新治疗策略。

一 脊髓神经元再生能力的退化与脊髓

“变硬”的一生：从发育到损伤的力学地图

原子力显微镜（Atomic Force Microscopy，AFM）依次扫描新生、轻年、成年大鼠的胸段脊髓，发现脊髓弹性模量均随年龄递增（≈200 Pa → 1000 Pa）；完全横断脊髓8周后，病灶处形成高度致密的神经瘢痕，损伤中心硬度升至≈1500 Pa，这一机械性质表征为后续“软化修复”奠定病理-力学依据。

二 仿生贻贝水凝胶精准重塑脊髓机械微环境，促进脊髓神经元轴突再生

针对上述病理学表征，陈华江教授团队受贻贝在深海洋流中牢固黏附在湿滑岩石的生物学启发，工程化构建了一种仿生贻贝水凝胶神经支（HAMA@CA），建立了一种可精准调控机械微环境，并具有良好组织粘附性的神经支架，通过Piezo1/RhoA/MLC力学信号通路促进神经元损伤后的轴突再生，恢复脊髓损伤后的运动及膀胱功能障碍，为脊髓损伤的治疗提供了全新的治疗策略。

1、 仿生神经支架的精准且可调控制的机械性能。该神经支架通过可调双键耦合，可精准模拟“新生儿-轻年-成年-瘢痕”全机械刚度谱；同时，通过接枝到HAMA侧链的儿茶酚胺，使其对新鲜脊髓组织和玻璃基底的粘附强度提升3–4倍，从而保证支架植入后与组织的整合问题。

2、 仿生神经支架通过粘合-机械协同促进神经环路再生。HAMA@CA支架在大鼠损伤8周后仍可调控局部的机械微环境，并展现出良好的“支架-组织”界面整合性；与此同时，脊髓损伤核心区域显著发现再生的轴突、髓鞘、神经突触再生，在解剖结构上明确了脊髓神经环路的重塑，为功能学的恢复奠定了基础。

3、显著改善脊髓损伤后的运动及膀胱功能。在大鼠T9脊髓完全横断模型后植入HAMA@CA支架，腓肠肌肌纤维、膀胱壁的肌层得到了显著的恢复，BBB评分和步态分析也展现出良好的运动功能的恢复；对于临床上脊髓损伤后两大关键痛点（即挽救运动与自主排尿功能），展现出优良的治疗效果。

4、完整的机械信号通路机制验证。通过体内、外实验，及转录组测序（Bulk RNA-seq）结果，确认Piezo1-RhoA-MLC通路介导体内硬度感知并调控神经元轴突再生：Piezo1作为“哨兵”感知神经元外界机械微环境的力学硬度变硬，并把相应的力学信号通过下游的RhoA，继而影响轴突的细胞骨架F-actin的形态构架，抑制神经元轴突的生长。本研究第一次全环路（感知-通路-亚细胞效应结构）验证力学信号通路对于神经元再生的关键作用。

作者介绍

通讯作者：陈华江

骨科副主任兼颈椎外科病区主任

主任医师、教授，博士研究生导师

在专业上聚焦复杂重度颈椎退变性疾病、颈椎韧带骨化症、高危特殊节段颈椎损伤及严重退变侧凸畸形。先后担任中华医学会骨科分会脊柱学组委员、中国医师协会骨科分会颈椎专委会副组长、上海市医师协会骨科医师分会秘书兼委员、上海市医学会脊柱学组副组长、AO Spine中国区主席，《中国脊柱脊髓杂志》副主编、Spine Research副主编等学术职务。

主持国家自然科学基金6项；以第一或通讯作者发表SCI收录论文30余篇，其中IF＞10以上10篇；主编《颈椎病临床专病结构化数据集》《数字脊柱外科学》，参编专著10余部；入选上海市领军人才、上海市优秀学术带头人，获评2024年度“上海好医生”；以第一完成人获上海市医学科技奖一等奖1项，以主要完成人获国家科技进步二等奖、上海市科技进步一等奖各1项，获中国医师协会骨科分会首届“全国十佳中青年骨科医师”奖、第三届“仁心医者”上海市杰出专科医师奖；入选上海市首批健康科普引领人才，创建同名科普公众号《陈华江科普颈腰背痛》，入选上海市健康科普品牌、上海市级医院优秀健康科普项目等。

共同通讯作者：胡博

骨科颈椎外科病区

副主任医师、副教授

长期从事脊柱退变性疾病的诊疗及新技术研发工作，研究方向为骨骼系统内感觉的鉴定及感觉神经-机器接口的构建及临床应用研究。AO Spine国际会员、瑞士Inselspital AO fellow及中华医学会骨科学分会脊柱微创外科学组青年委员会委员；主持国家自然科学基金面上项目2项、青年项目1项；以第一或通讯作者（含共同）Nature Communications、Advanced Science等期刊发表论文20余篇，其中IF＞10分以上12篇、单篇最高26.8分；入选上海市东方英才计划青年项目、上海市“晨光”学者、海军军医大学“学术新秀”计划以及“启航”“远航”人才计划；获得上海医学科技奖一等奖1项。

第一作者：郑根江

骨科颈椎外科病区

主治医师、讲师

聚焦生物材料与脊髓损伤治疗的医工结合研究。以第一（含共同）作者发表SCI论文6篇，其中IF>10论文5篇、中科院一区4篇；申请及授权国家发明专利1项，参编专著1部，参与国家自然科学基金课题3项，入选海军军医大学“启航”人才计划。

共同第一作者：田野

骨科颈椎外科病区

副主任医师、副教授，硕士研究生导师

主要研究方向为颈胸腰椎退变、创伤、炎症及畸形的诊断和治疗。先后担任中国医药生物技术协会计算机辅助外科分会委员、中国康复医学会颈椎病专委会青年委员、中国研究型医院学会骨科基础研究学组委员、全军骨科专业委员会骨质疏松及康复学组委员，The Spine Journal杂志中文版编委、国际矫形与创伤学会SICOT 会员及AO Spine客座讲师等学术职务；承担国家自然科学基金、上海市自然科学基金及教改课题等课题计划9项；副主译/参译《颈椎外科学》及AO Spine大师丛书《颈椎退变性疾病》《椎间盘》等多部专著；以第一或通讯作者在The American Journal of Pathology，Arthritis Rheum期刊发表论文10余篇；入选上海市青年医师培养计划，获评海军军医大学A级教员、上海医学会骨科分会晨光讲者；以第一完成人获2016年全军科技进步三等奖，获第四届上海高校青年教师教学竞赛二等奖。

来源：上海长征医院

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