神经系统主要包括中枢神经系统和周围神经系统两部分,神经系统主要通过复杂的神经网络结构传输电信号来协调身体各部位的活动。无论是中枢神经系统还是周围神经系统损伤都会破坏脑组织与目标组织之间的电信号传导,导致患者功能的丧失。因此恢复神经组织电信号传导功能,重新与远端目标组织建立信号传输,是神经损伤修复的关键。而目前包括手术治疗、药物治疗、细胞治疗、外泌体治疗及组织工程支架治疗等策略均忽略了神经电信号传导这一重要因素而无法取得满意的临床疗效。针对这一问题,本研究将具有良好电学特性的导电聚合物（聚吡咯,ppy）与细胞外基质水凝胶（甲基丙烯酸酯化明胶,GM）复合构建具有电活性的导电水凝胶,用于恢复糖尿病周围神经病变及脊髓中枢神经损伤的电信号传导。该水凝胶中GM网络赋予了水凝胶良好的生物相容性,类似神经组织的柔软力学性能,可降解性以及组织和细胞粘附力,而ppy网络则为水凝胶提供了优异的电学性能。同时,进一步研究了导电水凝胶促进周围神经及脊髓中枢神经损伤修复的分子机制。另一方面,导电水凝胶作为外源性物质因被宿主识别而激发非特异性免疫反应,一系列的免疫反应不仅减弱了其神经修复作用,甚至由于加重早期炎症反应而阻碍其神经修复功能。针对这一问题,本研究还将骨髓干细胞（BMSC）来源外泌体负载于导电水凝胶中以降低导电水凝胶诱发的早期炎症反应。通过BMSC来源外泌体的免疫调节作用及导电水凝胶的神经再生作用协同促进脊髓中枢神经损伤修复。具体研究内容如下:1.具有电活性导电水凝胶敷料通过促进周围神经再生介导组织修复研究通过将GM与氧化硫酸软骨-ppy（OCS-P）导电颗粒混合后紫外光照（UV）聚合构建GM-OCS-P导电水凝胶敷料,材料学检测表明GM-OCS-P导电水凝胶敷料具有三维多孔结构,及类似皮肤肌肉组织的电学性能（2.5 m S/cm）。体外实验发现其可以促进PC12神经细胞迁移,轴突相关基因/蛋白（包括神经丝蛋白,NF;生长相关蛋白43,GAP43;突触蛋白Ⅰ,Syn-1;突触后致密蛋白95;PSD95）表达,及神经轴突生长。通过构建糖尿病皮肤损伤这样一类由于严重周围神经病变导致的难愈合创面进行体内研究,发现导电水凝胶敷料在第14天就可以促进糖尿病皮肤伤口愈合。组织学检测发现导电水凝胶组修复的皮肤中神经再生明显增加。因此导电水凝胶敷料可以通过促进周围神经再生介导糖尿病伤口快速愈合。2.导电水凝胶促进周围神经损伤修复的机制研究本文使用上述合成GM-OCS-P导电水凝胶继续研究其促周围神经再生机制。研究发现导电水凝胶可以将神经细胞内Ca2+浓度提高3.73±1.62倍,进而促进丝裂原活化蛋白激酶（MEK）/细胞外调节蛋白激酶（ERK）和磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/蛋白激酶B（AKT）途径中相关蛋白磷酸化,最终促进神经轴突相关基因/蛋白表达及轴突生长。因此,导电水凝胶促神经再生的机制可能为:导电水凝胶通过调控细胞Ca2+浓度,进而激活下游PI3K/AKT和MEK-ERK信号通路,从而促进神经再生。3.外泌体负载导电水凝胶促进脊髓中枢神经损伤修复及其机制研究本研究通过将BMSC来源外泌体接枝到单宁酸（TA）掺杂的GM-ppy（GMP）水凝胶中合成外泌体负载导电水凝胶（GMPE）,用于脊髓中枢神经损伤修复。研究发现该水凝胶具有类似中枢神经组织的力学强度（1056.0±133.1 Pa）及电学性能(1.49×10-3S/cm),同时可以缓释外泌体长达14天。体外研究发现外泌体负载水凝胶可通过NF-κB途径调节小胶质细胞M2极化,并协同增强神经干细胞（NSC）向神经元及少突胶质细胞分化,抑制其向星形胶质细胞分化。同时GMPE水凝胶释放的外泌体及其电学性能可协同激活第十号染色体缺失的磷酸酶和张力蛋白同源物（PTEN）/PI3K/AKT/雷帕霉素靶蛋白（m TOR）信号通路促进轴突生长。体内实验发现,外泌体负载的导电水凝胶可显著减少CD68阳性小胶质细胞的数量,调控NSC募集及分化,进一步促进有髓轴突再生。最终,外泌体负载导电水凝胶可以促进脊髓损伤（SCI）小鼠早期功能恢复。