《Bioactive Materials》：Exosome-functionalized photocrosslinked GelMA/HAMA hydrogel promotes facial nerve recovery via inflammatory microenvironment regulation
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本研究针对面神经挤压伤后功能恢复不全的临床难题，开发了骨髓间充质干细胞来源外泌体（BExos）负载的明胶甲基丙烯酰胺/透明质酸甲基丙烯酰胺（GelMA/HAMA）光交联水凝胶。通过系统体内外实验验证，该复合水凝胶不仅能提供三维支架促进雪旺细胞分化与轴突再生，更重要的是通过调控PI3K/NF-κB/P38信号通路将巨噬细胞从促炎M1表型极化为抑炎M2表型，其中Neuronatin（Nnat）基因被鉴定为关键调控因子。该研究为神经再生材料设计提供了兼具结构支撑与免疫调节功能的创新策略，发表于《Bioactive Materials》具有重要转化价值。
面神经作为解剖路径最复杂的颅神经之一，损伤后常导致毁灭性的面部功能障碍。当前临床治疗面临两大瓶颈：传统神经导管缺乏生物活性难以引导有效再生，而炎症微环境失调会引发继发性纤维化进而阻碍功能恢复。面对这一挑战，上海交通大学医学院附属新华医院耳鼻咽喉头颈外科团队在《Bioactive Materials》发表创新性研究，开发出一种兼具结构支撑与免疫调节双功能的水凝胶系统，为面神经再生提供了新思路。
研究团队通过光交联技术构建了骨髓间充质干细胞来源外泌体（BExos）负载的明胶甲基丙烯酰胺/透明质酸甲基丙烯酰胺（GelMA/HAMA）复合水凝胶。该水凝胶具有适宜的孔隙结构（50-200μm）和力学性能（1-3kPa），能模拟天然神经细胞外基质。更为重要的是，研究人员通过巧妙的设计使水凝胶能够持续释放外泌体，实现对损伤微环境的主动调控。
在技术方法上，本研究整合了材料学、分子生物学和神经科学等多学科手段：采用光聚合技术制备可注射水凝胶，通过超速离心法分离鉴定外泌体，建立大鼠面神经挤压伤模型进行功能评估，结合RNA测序（RNA-seq）筛选关键基因，利用siRNA干扰技术验证分子机制，并通过流式细胞术、免疫荧光等技术系统评估巨噬细胞极化状态。
2.1. 光交联GelMA/HAMA水凝胶的制备与表征
研究人员通过甲基丙烯酰化改性成功合成GelMA和HAMA，核磁共振（NMR）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）验证了甲基丙烯酸基团的成功引入。优化后的10% GelMA/1% HAMA配方在405nm紫外光照射下8-9秒即可实现88-91%的交联效率，表现出良好的可注射性和稳定性。该水凝胶在溶菌酶环境中21天完全降解，其压缩应力可通过调节HAMA浓度（0.5%-2.5%）在50-85kPa范围内精确调控，模拟了天然神经组织的力学特性。
2.2. BExos负载水凝胶促进BMSCs增殖、活性和分化
透射电镜和纳米颗粒跟踪分析显示分离的外泌体呈典型杯状结构，直径约146nm，Western blot验证了外泌体标志物CD81、TSG101、CD63的表达。将外泌体负载于水凝胶后，能显著促进骨髓间充质干细胞（BMSCs）向雪旺细胞样分化，上调S100β和SOX10表达，细胞存活率达92.3%。
2.3. BExos@GelMA/HAMA水凝胶在挤压伤模型中协同增强面神经修复
大鼠面神经挤压伤模型显示，复合水凝胶治疗组在28天内面部功能评分恢复至假手术组的85%，显著优于单纯水凝胶组（65%）和损伤组（45%）。电生理检测表明神经传导速度从损伤组的0.9m/s恢复至3.2m/s，组织学分析显示有序的轴突排列和髓鞘再生。
2.4. 免疫荧光分析验证复合水凝胶在挤压伤模型中的协同增强作用
免疫荧光结果进一步证实复合水凝胶能显著上调神经标志物NeuN、NF200、S100、βIII-tubulin表达，同时降低纤维化指标α-SMA和Collagen I，表明其具有促进神经再生和抑制纤维化的双重作用。
2.5. RNA-seq数据分析
转录组分析鉴定出685个差异表达基因，其中86个上调，599个下调。基因富集分析发现Nnat基因在神经发育和蛋白稳态通路中显著富集，提示其可能参与水凝胶介导的免疫调节过程。
2.6. 体内巨噬细胞极化表型验证
免疫组化显示复合水凝胶能显著降低M1型巨噬细胞标志物CD80、iNOS表达，同时增加M2型标志物CD206、Arg-1表达，将M1/M2比率从损伤组的6.8降至0.6，有效改善炎症微环境。
2.7. BExos@GelMA/HAMA水凝胶可能通过调控PI3K/NF-κB/P38通路促进Nnat介导的巨噬细胞极化
体外实验表明，Nnat基因沉默会部分逆转水凝胶的抗炎作用，导致NF-κB、P38表达上调，PI3K磷酸化增强，说明Nnat通过调控PI3K/NF-κB/P38信号通路影响巨噬细胞极化。
2.8. 相关通路炎症指标的免疫荧光检测
免疫荧光结果显示复合水凝胶能抑制PI3K/Akt信号通路，阻止NF-κB核转位，而Nnat敲除后炎症通路被激活，证实了其在信号调控中的关键作用。
2.9. GelMA/HAMA复合水凝胶的全面生物相容性和毒理学评价
心、肝、脾、肺、肾等重要器官的组织学检查和血液生化指标分析表明，水凝胶具有良好的生物安全性，无显著毒性反应。
该研究的创新性在于首次将外泌体与水凝胶结合，实现了面神经再生过程中结构支持与免疫微环境调控的协同作用。通过系统机制研究，发现Nnat基因是调控巨噬细胞极化的关键分子，为开发靶向神经修复材料提供了新靶点。这种双功能水凝胶策略不仅适用于面神经修复，也为其他外周神经损伤的治疗提供了借鉴，具有重要的临床转化前景。
研究结论表明，BExos@GelMA/HAMA水凝胶系统通过提供三维支架支持雪旺细胞附着和扩展，同时通过Nnat介导的PI3K/NF-κB/P38信号通路调控巨噬细胞从M1向M2表型转化，显著改善神经再生微环境，减少纤维化形成，提高轴突髓鞘化和神经信号传导功能。这一创新策略为开发下一代智能神经修复材料奠定了坚实基础。
