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以自由基过量积累为特征的氧化应激损伤与衰老及多种神经退行性疾病密切相关，开发具有抗氧化能力的神经组织工程支架，用于应对神经修复与再生过程中持续的氧化应激损伤，是治疗相关疾病的潜在方法之一。同时，鉴于生物电信号对于神经系统发育、修复和再生的重要调控作用，将有机导电聚合物和天然/合成高分子材料相结合，通过化学或物理方法构建具有良好生物相容性的新型导电支架，已成为近年来神经组织工程领域的研究热点。
酚酸类化合物接枝壳聚糖(chitosan，CS)材料具有良好的抗氧化活性，在多种体内外模型中均能显著减轻细胞和机体的氧化应激损伤。因此，本文一方面基于天然植物多酚原儿茶酸(protocatechuic acid,PCA)对多种神经退行性疾病体内外模型的良好治疗效果，开发了PCA改性接枝的抗氧化水溶性CS衍生物、羧甲基壳聚糖(carboxymethyl chitosan，CMCS)衍生物及其多孔水凝胶支架;另一方面，利用聚3，4-乙撑二氧噻吩(poly(3，4-ethylenedioxythiophene)，PEDOT)优异的化学稳定性和较高的电导率等优点，采用原位界面聚合法制备了具有高吸水性能的PEDOT/CMCS多孔导电水凝胶支架。本文的目的是通过对这两类水凝胶支架的前期研究工作，为最终开发具有抗氧化活性和导电性双重功能的新型神经组织工程支架材料提供一条可能的途径。
本文首先通过绿色环保的自由基接枝聚合法(过氧化氢(H2O2)/抗坏血酸(Vc)氧化还原对）合成了水溶性PCA-g-CS聚合物。通过FTIR、1H NMR、XRD和UV-Vis对聚合物的化学结构进行表征。检测了它的体外抗氧化能力，与对照组CS相比，PCA-g-CS对DPPH和羟基自由基的清除活性分别提高5.5倍和3.5倍。用鼠源神经细胞PC12细胞验证改性材料的毒性，PCA-g-CS水溶液(0.05，0.10，0.2，0.4，0.8mg/mL)无明显的细胞毒性作用，且随着培养时间的延长，细胞数量呈剂量依赖性增加，可能具有一定的促细胞增殖的能力。改性材料对H2O2和谷氨酸(Glu)诱导损伤的PC12细胞具有保护作用，能够以剂量依赖性方式拮抗H2O2诱导24h或Glu诱导48h的PC12细胞损伤。与H2O2和Glu损伤对照组相比，0.8mg/mL PCA-g-CS处理的两组细胞活力均提升约1.3倍。以上结果证实，经PCA化学接枝的水溶性CS材料保留了来自PCA的抗氧化和神经保护活性，这对CS基抗氧化材料用于神经损伤修复的应用具有一定的意义。
自由基聚合接枝法使用的H2O2会氧化和破坏CS分子链上的糖苷键，得到水溶性较好但分子量较小的改性CS，这难以单独制备成形支架。因此，本文又采用EDC/NHS化学交联法，以CS的衍生物CMCS为反应底物，通过调节反应体系pH值和原料的投料摩尔比，优化获得了最高接枝量为64.6mg PCA当量/g的PCA-g-CMCS聚合物。FTIR、1H NMR、XRD和UV-Vis对聚合物的化学结构进行表征。与原料CMCS相比，PCA-g-CMCS的水溶性下降，且保留了来自CMCS的pH值敏感性，在pH≤5.75和pH≥7.25时，光学透射率接近100％，pH在5.75-7.25时呈絮凝状态。体外抗氧化活性测试(DPPH和ABTS自由基清除能力、总抗氧化能力和还原能力)和亚铁离子螯合实验表明，PCA的接枝显著提高了PCA-g-CMCS的体外抗氧化能力和亚铁离子螯合能力。通过冷冻干燥和EDC/NHS交联固化的方法制备了PCA-g-CMCS多孔水凝胶支架。与CMCS支架相比，PCA的接枝降低了改性支架的吸水率和体外降解速率，提高了压缩模量，DPPH和ABTS自由基清除能力分别提高7.5倍和5.9倍，能在15天内保持PCA的体外释放活性。以人源神经细胞SH-SY5Y细胞验证支架的毒性，发现这种支架无细胞毒性作用，能够拮抗H2O2诱导的细胞损伤。和损伤对照组相比，改性支架处理的细胞活力提升约1.39倍，可能具有一定的神经保护作用。这种抗氧化支架为抗氧化药物释放和神经组织工程等潜在应用提供了新的思路。
最后，为了赋予CMCS水凝胶支架导电性，本文采用原位界面聚合法制备了PEDOT/CMCS导电水凝胶支架，对其理化性能和生物毒性进行了评价。本文利用CMCS支架的高吸水性和EDOT单体在水相和有机相（正己烷）中溶解度的差异，采用原位界面聚合法在CMCS支架的孔壁上化学聚合了一层PEDOT导电纳米涂层，获得了不同PEDOT含量的PEDOT/CMCS复合多孔导电支架。PEDOT涂层的引入降低了导电支架的吸水率和体外降解速率，提高了支架的表面粗糙度、压缩模量和电导率。导电支架吸水率高，至少可吸附自身重量17倍的水，最高电导率可达4.68×10-3S.cm-1。导电支架未表现出明显的细胞毒性，能够支持PC12细胞的粘附、增殖和长期培养(9天以上)，有望应用于神经组织工程领域。
综上所述，本文拓展了CS材料在神经组织工程的应用范围，制备了新型的CS基PCA改性水溶性抗氧化衍生物、抗氧化支架以及导电支架。两种支架分别具有良好的体外抗氧化活性和导电性，且均未表现出明显的细胞毒性。PCA改性材料对H2O2损伤的鼠源和人源神经细胞都具有保护作用。导电支架材料有利于PC12细胞的粘附、增殖和长期培养。因此，这两种改性支架在神经损伤的修复中可能具有积极的作用。未来，有望将这两类不同功能的材料结合，开发出具有抗氧化和导电双重功能的CS基复合水凝胶支架，用于神经系统的修复、再生和功能恢复。
酚酸类化合物接枝壳聚糖(chitosan，CS)材料具有良好的抗氧化活性，在多种体内外模型中均能显著减轻细胞和机体的氧化应激损伤。因此，本文一方面基于天然植物多酚原儿茶酸(protocatechuic acid,PCA)对多种神经退行性疾病体内外模型的良好治疗效果，开发了PCA改性接枝的抗氧化水溶性CS衍生物、羧甲基壳聚糖(carboxymethyl chitosan，CMCS)衍生物及其多孔水凝胶支架;另一方面，利用聚3，4-乙撑二氧噻吩(poly(3，4-ethylenedioxythiophene)，PEDOT)优异的化学稳定性和较高的电导率等优点，采用原位界面聚合法制备了具有高吸水性能的PEDOT/CMCS多孔导电水凝胶支架。本文的目的是通过对这两类水凝胶支架的前期研究工作，为最终开发具有抗氧化活性和导电性双重功能的新型神经组织工程支架材料提供一条可能的途径。
本文首先通过绿色环保的自由基接枝聚合法(过氧化氢(H2O2)/抗坏血酸(Vc)氧化还原对）合成了水溶性PCA-g-CS聚合物。通过FTIR、1H NMR、XRD和UV-Vis对聚合物的化学结构进行表征。检测了它的体外抗氧化能力，与对照组CS相比，PCA-g-CS对DPPH和羟基自由基的清除活性分别提高5.5倍和3.5倍。用鼠源神经细胞PC12细胞验证改性材料的毒性，PCA-g-CS水溶液(0.05，0.10，0.2，0.4，0.8mg/mL)无明显的细胞毒性作用，且随着培养时间的延长，细胞数量呈剂量依赖性增加，可能具有一定的促细胞增殖的能力。改性材料对H2O2和谷氨酸(Glu)诱导损伤的PC12细胞具有保护作用，能够以剂量依赖性方式拮抗H2O2诱导24h或Glu诱导48h的PC12细胞损伤。与H2O2和Glu损伤对照组相比，0.8mg/mL PCA-g-CS处理的两组细胞活力均提升约1.3倍。以上结果证实，经PCA化学接枝的水溶性CS材料保留了来自PCA的抗氧化和神经保护活性，这对CS基抗氧化材料用于神经损伤修复的应用具有一定的意义。
自由基聚合接枝法使用的H2O2会氧化和破坏CS分子链上的糖苷键，得到水溶性较好但分子量较小的改性CS，这难以单独制备成形支架。因此，本文又采用EDC/NHS化学交联法，以CS的衍生物CMCS为反应底物，通过调节反应体系pH值和原料的投料摩尔比，优化获得了最高接枝量为64.6mg PCA当量/g的PCA-g-CMCS聚合物。FTIR、1H NMR、XRD和UV-Vis对聚合物的化学结构进行表征。与原料CMCS相比，PCA-g-CMCS的水溶性下降，且保留了来自CMCS的pH值敏感性，在pH≤5.75和pH≥7.25时，光学透射率接近100％，pH在5.75-7.25时呈絮凝状态。体外抗氧化活性测试(DPPH和ABTS自由基清除能力、总抗氧化能力和还原能力)和亚铁离子螯合实验表明，PCA的接枝显著提高了PCA-g-CMCS的体外抗氧化能力和亚铁离子螯合能力。通过冷冻干燥和EDC/NHS交联固化的方法制备了PCA-g-CMCS多孔水凝胶支架。与CMCS支架相比，PCA的接枝降低了改性支架的吸水率和体外降解速率，提高了压缩模量，DPPH和ABTS自由基清除能力分别提高7.5倍和5.9倍，能在15天内保持PCA的体外释放活性。以人源神经细胞SH-SY5Y细胞验证支架的毒性，发现这种支架无细胞毒性作用，能够拮抗H2O2诱导的细胞损伤。和损伤对照组相比，改性支架处理的细胞活力提升约1.39倍，可能具有一定的神经保护作用。这种抗氧化支架为抗氧化药物释放和神经组织工程等潜在应用提供了新的思路。
最后，为了赋予CMCS水凝胶支架导电性，本文采用原位界面聚合法制备了PEDOT/CMCS导电水凝胶支架，对其理化性能和生物毒性进行了评价。本文利用CMCS支架的高吸水性和EDOT单体在水相和有机相（正己烷）中溶解度的差异，采用原位界面聚合法在CMCS支架的孔壁上化学聚合了一层PEDOT导电纳米涂层，获得了不同PEDOT含量的PEDOT/CMCS复合多孔导电支架。PEDOT涂层的引入降低了导电支架的吸水率和体外降解速率，提高了支架的表面粗糙度、压缩模量和电导率。导电支架吸水率高，至少可吸附自身重量17倍的水，最高电导率可达4.68×10-3S.cm-1。导电支架未表现出明显的细胞毒性，能够支持PC12细胞的粘附、增殖和长期培养(9天以上)，有望应用于神经组织工程领域。
综上所述，本文拓展了CS材料在神经组织工程的应用范围，制备了新型的CS基PCA改性水溶性抗氧化衍生物、抗氧化支架以及导电支架。两种支架分别具有良好的体外抗氧化活性和导电性，且均未表现出明显的细胞毒性。PCA改性材料对H2O2损伤的鼠源和人源神经细胞都具有保护作用。导电支架材料有利于PC12细胞的粘附、增殖和长期培养。因此，这两种改性支架在神经损伤的修复中可能具有积极的作用。未来，有望将这两类不同功能的材料结合，开发出具有抗氧化和导电双重功能的CS基复合水凝胶支架，用于神经系统的修复、再生和功能恢复。