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武漢理工戴紅蓮和武漢大學喻愛喜團隊《Sci. Adv.》:可注射自適應H?S緩釋系統調控神經再生微環境
2023-12-24  來源:高分子科技

  周圍神經損傷是致殘率較高的創傷,可導致患者肢體嚴重功能障礙。周圍神經再生和功能修復是尚未解決的臨床難題。周圍損傷后,局部發生氧化應激、過度炎癥、缺血、能量供應不足等系列反應,導致趨化神經生長因子缺乏和大量抑制神經再生因素產生,神經再生困難。重建神經損傷后的微環境對神經再生至關重要。以導管為載體通過在病灶區域緩釋藥物已被證明是改善再生微環境的有效手段,但個體和損傷程度的差異導致合適藥物調控時間和階段仍不明確。此外,現有治療藥物功能單一-神經屏障也制約了藥物有效攝取因此,如何針對病理微環境進行差異化高效給藥,實現微環境動態調控是重建神經再生微環境的關鍵。



  基于上述問題,武漢理工大學戴紅蓮團隊武漢大學喻愛喜團隊合作,提出了基于內源性活性氧激活H2S緩釋,同時發揮其神經保護和治療的神經移植物構建策略該策略是以ROS響應納米粒子(聚乙二醇單甲醚-聚(L-甲硫氨酸)mPEG-PMet)封裝H2S供體(過氧硫代氨基甲酸酯PeroxyTCM),并負載在可注射溫敏性水凝膠(聚乙二醇單甲醚-聚丙氨酸-聚苯丙氨酸mPEG-PA-PP)前體溶液中,以注射的方式注入靜電紡絲導管[(3S-(甲基)-嗎啉-2,5-二酮-co-ε-己內酯P(MMD-CL)],構建了自適應緩釋H2S神經導管。其植入后,損傷部位產生的活性氧會將甲硫氨酸中的硫醚基團氧化成親水性亞砜或砜,導致納米粒子相變釋放出PeroxyTCM,而后PeroxyTCM的硼酸酯基被氧化成酚羥基,分子內經過1,6-消除反應生成羰基硫 (COS)COS再被體內廣泛存在的碳酸酐酶 (CA) 水解釋放H2S。可注射水凝膠結合H2S自適應釋放高效促進了損傷神經的再生,這得益于氣體分子H2S優異的組織、生理屏障透過性和多種生理學效應,包括抑制炎癥和氧化應激、保護神經細胞、促進血管生成以及恢復能量代謝這種基于自適應緩釋H2S氣體分子的多效信使策略,克服了傳統藥物治療和損傷神經病理微環境難調控的瓶頸問題,是高效修復周圍神經損傷的新探索,亦可其他神經疾病治療及損傷組織修復的發展提供新思路。 


構建用于PNI修復的ROS響應H2S神經導管示意圖 



  可注射自適應H2S緩釋系統的可注射性、溫敏性良好,且具有較高的活性氧響應靈敏度;丙氨酸的加入改善了PCL的親水性和降解性能,為周圍神經修復提供了基體材料。 



  H2S供體進入巨噬細胞后,在H2O2作用下釋放出H2S,調節了巨噬細胞向M2表型極化,降低了炎癥炎癥因子表達。 



  炎癥反應是神經再生的第一階段。神經損傷后,損傷相關的分子模式 (DAMP) 和外部感染引發早期急性炎癥反應,在此期間,M1巨噬細胞占主導地位,發揮吞噬組織碎片和異物的作用。急性炎癥期過后,炎癥反應逐漸消退,免疫平衡得到恢復,M2巨噬細胞逐漸占據主導地位,并發揮抗炎和促進修復的作用H2S可誘導體內巨噬細胞極化為M2表型,抑制炎癥反應,加速免疫平衡的恢復 



  對基因表達數據進行GOKEGG富集分析發現H2S處理可抑制NF-κBTNFIL-17信號通路激活鈣信號通路和cAMP信號通路,從而減少炎癥和纖維化,激活再生信號。 



  H2S激活PI3K/Akt信號通路,促進細胞增殖和遷移,加速了血管生成。 



  H2S促進了神經功能恢復。 



  H2S促進神經再生機制:自適應緩釋H2S策略有效且動態調節了病灶部位的炎癥、氧化應激、缺血和能量供應不足問題,保護受損神經并加速移植物中再生微環境重塑。此外,可注射水凝膠形成三維多孔結構有助于神經細胞的黏附、增殖和遷移以及細胞橋的形成,隨后H2S促進橋上血管極化,從而為驅動軸突生長的SCs的遷移提供了路徑加速神經再生和功能恢復。


  該工作以“An injectable and Adaptable Hydrogen Sulfide Delivery System for Modulating neuroregenerative Microenvironment為題發表在《Science Advances》期刊上 (DIO: 10.1126/sciadv.adi1078)。武漢理工大學董獻振博士生和武漢大學中南醫院張浩博士為本論文的共同第一作者,武漢理工大學戴紅蓮研究員、武漢大學中南醫院喻愛喜教授和武漢理工大學晏樂三研究員為本論文的共同通訊作者。


  原文鏈接:https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adi1078

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(責任編輯:xu)
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