中枢神经系统（CNS）损伤是全球范围内最严重的公共卫生问题之一。为防止硬脑膜缺损引发中枢神经系统继发性级联损伤，修复硬脑膜缺损是中枢神经系统损伤治疗中的关键环节。尽管目前已开发出多种人工硬脑膜，但尚无任何一种对中枢神经系统损伤修复发挥积极治疗作用。
2025年8月29日，山东大学仇吉川、刘宏、刘超和中央民族大学耿照新共同通讯在Advanced Materials在线发表题为“Flexible Living Artificial Dura Mater for Efficient Therapy of Central Nervous System Injury Based on Neuronal Differentiation and Neuroprotective A2 Astrocyte Activation”的研究论文。该研究设计了一种柔性“活体”人工硬脑膜，将神经干细胞（NSCs）治疗与电刺激相结合，作为中枢神经系统损伤治疗的通用策略。
在基于磁电感应的旋转磁场作用下，NSC接种在带有金纳米条的柔性贴片上，可对中枢神经系统损伤产生治疗效果。体外实验证实，由磁场驱动、金纳米条介导的无线电刺激，不仅能有效促进神经干细胞分化为具有复杂突触连接的成熟神经元，还可诱导星形胶质细胞定向激活为具有神经保护作用的A2型反应性星形胶质细胞。在创伤性脑损伤与脊髓损伤模型中的体内实验表明，这种柔性“活体”人工硬脑膜能与组织实现良好的界面整合，有效改善缺损部位的免疫微环境，促进神经干细胞的存活与分化，并助力损伤后运动神经环路的恢复。
由交通事故、高处坠落或运动等因素导致的创伤性脑损伤（TBI）、脊髓损伤（SCI）等中枢神经系统（CNS）损伤，已成为全球范围内最严重的公共卫生问题之一。中枢神经系统损伤通常会引发严重的神经功能障碍，甚至导致终身残疾，给患者个人、家庭及整个社会带来巨大痛苦与负担。中枢神经组织的自发修复能力极有限，损伤发生后会出现大量神经元死亡及强烈的炎症反应。更重要的是，中枢神经系统损伤并非在初始机械损伤后立即停止，损伤过程中产生的硬脑膜缺损会进一步引发脑脊液漏、伤口感染、颅内低压等继发性损伤，加剧中枢神经系统的破坏。为此，修复硬脑膜是中枢神经系统损伤治疗中的核心环节。
人工硬脑膜的研发已历经130余年，旨在促进硬脑膜修复：从最初使用无菌薄金箔作为金属硬脑膜保护脑组织，到如今临床应用的同源替代硬脑膜、脱细胞替代硬脑膜、天然材料硬脑膜及合成材料硬脑膜。然而，目前的人工硬脑膜仅能缓解硬脑膜缺损引发的进一步损伤，对已形成的中枢神经系统损伤并无积极治疗作用，后者需要适宜的微环境以促进损伤部位神经元存活、发育及功能性神经元再生。神经干细胞（NSCs）移植是修复中枢神经系统损伤的潜在策略：理论上，神经干细胞可分化为新的神经元以补充受损神经元，并分泌神经营养因子促进受损神经元存活。但在受损的中枢神经组织中，移植神经干细胞的存活、定向神经元分化及功能整合面临巨大挑战，尤其是损伤部位恶劣的炎症微环境更会加剧这一困境。电刺激已被证实对神经干细胞的神经元分化具有积极促进作用，目前广泛应用于神经组织修复领域。
图1 设计用于修复中枢神经系统损伤的柔性活体人工硬脑膜（摘自Advanced Materials）
该团队已有研究中开发了一种基于金纳米条的无线器件，可在体外和体内均加速神经干细胞的神经元分化。受神经干细胞疗法及电刺激在神经发生中有效性的启发，并考虑到其在中枢神经系统损伤治疗中的临床意义，作者进一步提出将聚酰亚胺（PI）表面金纳米条贴片与神经干细胞涂层相结合，制备一种新型柔性“活体”人工硬脑膜，用于中枢神经系统损伤治疗。这种柔性“活体”人工硬脑膜模拟了天然硬脑膜的双层结构：神经干细胞涂层作为天然“活体”材料，助力与中枢神经组织的生物整合；金纳米条贴片则模拟与颅骨接触的硬脑膜外层，提供机械强度并防止潜在的脑脊液漏。研究采用基于磁电感应效应的旋转磁场施加无线电刺激。有趣的是，作者发现由磁场驱动、金纳米条介导的无线电刺激，不仅能有效促进神经干细胞分化为具有复杂突触连接的成熟神经元，还可诱导星形胶质细胞定向激活为具有神经保护作用的A2型反应性星形胶质细胞。这类细胞能分泌更多神经营养因子，更有效地修复中枢神经组织。
该研究首次证实，电刺激可提高星形胶质细胞中具有神经保护作用的A2型反应性星形胶质细胞数量，有力解释了为何如既往文献报道所述，电场存在时脑源性神经营养因子（BDNF）等神经营养因子的表达会增加。这种柔性“活体”人工硬脑膜可作为脑硬脑膜或脊髓硬脑膜植入，用于中枢神经系统损伤修复。在缺损部位植入后，该柔性“活体”人工硬脑膜展现出优异的脑组织整合性能，在体内促进神经干细胞的神经元分化与存活。同时，这种“活体”硬脑膜贴片还有助于脊髓损伤（SCI）后运动神经通路的恢复。结果表明，将活细胞涂层与柔性电刺激界面相结合，通过改善生物整合、促进神经营养因子分泌、优化免疫微环境、助力神经元存活发育及补充神经环路中受损神经元，有望成为治疗中枢神经系统损伤的有效策略。
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202511878
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