《ACS Polymers Au》：A Nerve Cell Growth Promoting PEG-Peptide Block Copolymer and Photoresponsive Hydrogels with Tailorable Mechanical Properties and Feasible Degradability
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本研究开发了一种新型光响应性聚乙二醇-多肽（PEG-peptide）嵌段共聚物及其桥-胶束结构水凝胶，通过香豆素（coumarin）的[2+2]环加成反应实现力学强度（复数模量238–1448 Pa）、溶胀比（912%–1922%）的可控调节，并兼具生物降解性。该水凝胶可模拟天然细胞外基质（ECM）微环境，促进PC12细胞活性（存活率>95%，活力提升3.2倍），且通过254 nm紫外照射可实现清洁支架移除，为神经组织工程提供创新平台。
引言：神经损伤修复的挑战与材料设计策略
神经损伤是全球致残的主要因素之一，传统治疗策略难以实现功能恢复。神经组织工程通过构建生物相容性支架模拟细胞外基质（ECM）微环境，为神经修复提供新思路。水凝胶因高含水率和生物相容性成为理想支架材料，但传统水凝胶存在凝胶窗口窄、力学性能调控有限等问题。本研究结合纳米复合水凝胶与光响应基团（如香豆素）的优势，设计了一种兼具可调力学性能、神经细胞促进功能及光控降解性的智能水凝胶系统。
BG15GA10C5嵌段共聚物的设计与合成
研究通过开环聚合合成PEG-b-PBG嵌段共聚物，再经HBr部分水解生成PEG-b-P(BG-r-GA)，其中疏水段γ-苄基-l-谷氨酸酯（BG）单元可促进神经细胞生长，亲水段谷氨酸（GA）单元改善溶解性。进一步通过酯化反应接枝香豆素衍生物HEOMC，获得目标产物PEG-b-P(BG-r-GA-r-C)（简称BG15GA10C5）。核磁共振（1H NMR）与凝胶渗透色谱（GPC）证实聚合物结构明确、分子量分布窄（PDI<1.4）。随着GA含量增加，聚合物水分散性显著提升，BG15GA15的Zeta电位最高（胶体稳定性最佳），最终选用其进行香豆素功能化。
香豆素功能化PEG-多肽的光响应性
BG15GA10C5在0.15 wt%水溶液中经365 nm紫外照射后，320 nm处吸光度下降，表明香豆素发生二聚化；254 nm照射可逆转为单体态，二聚化与解二聚化速率均较快。透射电镜（TEM）显示光照前胶束呈核壳结构，光照后核内交联导致粒径略减，动态光散射（DLS）进一步验证该变化。
水凝胶制备与力学性能调控
单纯BG15GA10C5无法形成稳定水凝胶，需引入水溶性无规共聚物PDA作为“桥联分子”。其机制如图7所示：PDA链通过香豆素光二聚化连接BG15GA10C5胶束，形成桥-胶束网络。通过调整前驱体溶液组成（如P5-PDA5、P10-PDA5）和365 nm照射时间（30–120分钟），可精确调控水凝胶的复数模量与溶胀比。研究发现体系中存在三种交联类型：胶束内交联、桥-胶束交联和桥间交联。高BG15GA10C5含量（P10-PDA5）与适度光照（120分钟）可协同提升力学强度（1448 Pa）与溶胀比（1180%），突破传统水凝胶“高模量-低溶胀”的限制。此外，254 nm照射30–60分钟可实现水凝胶凝胶-溶胶转变，为支架移除提供无试剂降解途径。
水凝胶对PC12细胞行为的影响
细胞毒性实验显示，水凝胶组细胞存活率均高于TCPS对照组（57.3%），其中P5-PDA5-120、P10-PDA5-120等组存活率超95%。阿尔玛蓝（Alamar Blue）法检测细胞活力发现，培养7天后，P10-PDA5-120组细胞活力达对照组3.2倍。力学性能与BG含量共同影响细胞行为：较高模量（如P10-PDA5-120）与BG含量可协同激活PC12细胞代谢，为后续神经元分化奠定基础。
结论与展望
本研究成功构建了光响应性PEG-多肽水凝胶平台，通过桥-胶束结构与可逆光交联实现了力学性能与生物功能的精准调控。该体系在神经再生支架设计中展现应用潜力，未来可拓展至其他组织工程领域。
