神经损伤后由于损伤部位缺乏营养因子和导向分子，再生神经元的神经突起生长放缓、在损伤部位聚集成团，缺乏方向性，无法顺利实现和下端轴突的对接，这已经成为影响神经损伤修复和功能重建的瓶颈问题。为了应对这一挑战，探寻调控再生神经突起生长、延伸的方法对神经再生修复具有重要意义。

近日，北京航空航天大学生物与医学工程学院、生物力学与力生物学教育部重点实验室、北京生物医学工程高精尖创新中心樊瑜波教授、李萍教授、刘美丽副教授团队在Chemical Engineering Journal上发表了题为“Netrin1-carrying magnetic microspheres with magnetic field activate neurotrophin factors to guide neuronal outgrowth in vitro and in vivo”的研究论文，樊瑜波教授和李萍教授为该文共同通讯作者，刘美丽副教授和北航博士研究生安子通、许俊伟为该论文的第一作者，北京航空航天大学为论文第一完成单位。

近年来，该团队针对神经损伤的再生修复技术展开持续性研究，提出了利用负载力敏感因子Netrin-1的磁性微球来诱导受损的神经再生。设计并制备出负载Netrin-1蛋白的磁性微球，联合磁场成功地诱导了神经突起的靶向连接，并且在修复小鼠的坐骨损伤中获得了良好的效果。这是团队系列工作在《Composites Part B》、《ACS Chemical Neuroscience》等国际期刊连续发表论文后的又一研究。

该研究设计并制造了一种负载轴突导向因子Netrin-1的功能性磁性微球（N@MMSs），基于Fe3O4 和 PLGA材料通过静电喷雾法制备磁性微球，进一步采用浸渍法将Netrin-1负载到磁性微球上，实现了磁性微球对于Netrin-1约40%的负载率，在14天内能实现约60%的Netrin-1的稳定释放（图1）。所制备功能性磁性微球可在磁场中定向并在神经损伤部位释放Netrin-1以促进神经损伤修复。

图1. N@MMSs的制备和表征

在本研究中，在 10 μg/mL 磁性微球 (MMSs) 处理后，施加 5 mT 的磁场，在皮层神经元中观察到神经突起定向延伸并且轴突长度显著增加，细胞内神经营养因子BDNF和神经生长因子NGF 的表达均显着增加。利用 Seahorse 细胞外通量分析仪对线粒体呼吸功能和糖酵解应激进行检测，负载轴突导向因子Netrin-1的磁性微球N@MMSs 显示出对谷氨酸诱导的神经元氧化毒性有显著性的保护作用（图2）。

图2 N@MMSs体外修复损伤神经元

N@MMSs处理14天后，发现损伤的小鼠在N@MMSs和磁场的联合作用下，在旷场中的运动性增强，中心停留时间显著性增加，并且显著提高了足底对热板刺激的敏感性，小鼠的舔爪反应时间显著性缩短。此外，与损伤组相比，N@MMSs处理组小鼠脊髓组织内BDNF和NGF表达均显著性增加（图3）。

图3 N@MMSs用于修复小鼠坐骨神经损伤

综上所述，成功制备了一种负载神经突起导向因子Netrin-1的新型功能性磁性微球（N@MMSs）。在神经细胞中，促进轴突的靶向延伸，保护皮层神经元免受谷氨酸诱导的氧化损伤，促进皮层神经元中BDNF和NGF的表达。在坐骨神经损伤的小鼠中，N@MMSs不但加强了小鼠的运动性，而且激活组织内BDNF和NGF的表达，取得了良好的神经损伤修复效果，显示出N@MMSs在神经修复再生中的潜力。

该研究得到了国家自然科学基金（32371374, 52072015, 12332019, U20A20390)和高等学校学科创新引智计划111 (B13003）的资助。