［本站讯］近日，晶体材料全国重点实验室刘宏教授/仇吉川教授团队在生物材料调控干细胞分化与治疗神经系统疾病方向取得系列进展，在Angew.Chem. Int. Ed.、Adv.Mater.、ACS Nano等期刊发表学术论文5篇。研究围绕解决中枢神经系统疾病治疗难题，通过生物材料结构与功能的创新设计，优化材料-细胞界面相互作用，实现了神经干细胞分化和神经细胞功能的精准调控，在脑损伤修复、脊髓损伤修复、癫痫治疗等方面取得重要突破。以上研究山东大学均为第一完成单位。

图1 微纳贴片锚定细胞膜表面精准调控干细胞命运促进创伤性脑损伤修复示意图

创伤性脑损伤（TBI）是一种高病死率和高致残率的严重损伤。植入干细胞使其分化为神经元替换缺损神经细胞可用于治疗创伤性脑损伤。但如何对动态迁移的植入干细胞施加可控刺激诱导其定向分化为功能神经元是一个难题。针对此问题，团队提出构建微纳贴片并将其锚定于细胞膜表面以精准调控动态迁移干细胞命运的策略。团队通过微接触印刷技术制备了单分散的PLGA二维微纳贴片，该贴片表面经多层聚电解质修饰后可以在细胞膜表面稳定附着14天以上，同时该贴片可以负载并持续释放神经分化调节剂视黄酸，精准调控植入细胞微环境，提高干细胞向功能神经元分化比例，显著改善了创伤性脑损伤小鼠的运动和记忆认知能力。相关成果发表于Angew. Chem. Int. Ed. 2025, 64, e202512804，晶体材料全国重点实验室教授仇吉川、刘宏，基础医学院教授郝爱军，海洋研究院教授韩琳为共同通讯作者；第一作者为晶体材料全国重点实验室博士研究生夏鹤和基础医学院教授周文娟。

图2 生物正交反应活性微卫星调控干细胞命运示意图

在此技术上，为进一步改善材料-细胞界面相互作用，提高微纳材料锚定细胞膜效率及精准度，团队制备了具有正交反应活性的透明质酸微球，通过生物正交反应将其共价结合在神经干细胞膜表面，并通过共价键作用和微球尺寸共同调控微球-细胞膜相互作用，实现其在细胞膜表面的长期稳定锚定，这些透明质酸微球像微卫星一样随神经干细胞运动迁移，在细胞周围持续释放神经分化调节剂，主动调控干细胞向神经元分化，促进创伤性脑损伤修复。相关成果发表于Adv. Mater. 2025, e11104，仇吉川教授、刘宏教授，福建省立医院任美霞为共同通讯作者；第一作者为晶体材料全国重点实验室博士研究生郁立阳。

图3 调节细胞内Fe³⁺平衡促进神经干细胞分化治疗脊髓损伤示意图

细胞内微环境中的特定离子浓度，对干细胞命运起决定性作用。但细胞膜特有的磷脂双分子层结构和离子通道体系阻碍了离子自由进出细胞，使细胞内离子浓度精准调控变得极为困难。针对此问题，团队报道了一种利用三氧化二铁纳米颗粒调节细胞内三价铁离子浓度调控NSCs定向分化为运动神经元的方法。三氧化二铁纳米颗粒被神经干细胞内吞后在溶酶体酸性环境中可以持续释放三价铁离子，提高细胞内Fe3+浓度，诱导神经干细胞定向分化为运动神经元。将预先摄取三氧化二铁纳米颗粒的神经干细胞移植到损伤部位后，能够促进脊髓损伤小鼠的运动与感觉功能恢复。相关成果发表于ACS Nano 2025, 19, 31829，仇吉川教授、刘宏教授，齐鲁医院教授周恒星，济南大学教授董宝利为共同通讯作者；第一作者为晶体材料全国重点实验室博士研究生雷鸣、齐鲁医院研究生张睿智。

图4 用于修复中枢神经系统损伤的柔性“活体”人工硬脑膜的示意图

硬脑膜缺损产生的继发性损伤是中枢神经系统损伤治疗的关键挑战。针对此问题，团队提出将聚酰亚胺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，改善与中枢神经组织的生物相互作用，金纳米条带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。在旋转外磁场激励下，该“活体”人工硬脑膜基于磁电感应效应产生的电刺激，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，促进损伤组织的修复与再生。相关成果发表于Adv. Mater. 2025, e11878，仇吉川教授、刘宏教授，齐鲁医院教授刘超，中央民族大学教授耿照新为共同通讯作者；第一作者为晶体材料全国重点实验室博士研究生杨鸿儒、齐鲁医院硕士研究生刘焕宇。

图5 超声激励压电纳米刺激器实现无线深部脑电刺激的抑制癫痫发作示意图

传统深脑电刺激治疗癫痫需要植入电极和脉冲发生器，易引发神经组织损伤和炎症反应。针对此问题，团队提出利用压电材料作为无线纳米刺激器用于深部脑电刺激抑制癫痫发作的创新策略。聚多巴胺修饰的钛酸钡压电纳米刺激器可以粘附在神经元细胞膜表面，在超声下产生脉冲电信号，精准传输至神经元界面调节细胞膜电压门控钙离子通道，激活神经元和神经环路。纳米刺激器通过立体定位微创植入目标脑区后保持长期稳定，在便携式低强度超声换能器激励下，精确激活目标脑区和相关的神经回路，实现了对大鼠癫痫的有效抑制，为无线神经调控治疗神经系统疾病领域提供重要思路。相关成果发表于Adv. Mater.e20447，仇吉川教授、刘宏教授，齐鲁医院教授李刚、薛皓为共同通讯作者；第一作者为齐鲁医院唐琪临、晶体材料全国重点实验室博士研究生李德正。

近年来，刘宏教授/仇吉川教授团队在医工交叉领域取得多项进展，相关成果发表于Nat. Mater.,Nat. Commun.,Adv. Mater.,Angew. Chem. Int. Ed.,Chem. Soc. Rev.,ACS Nano等期刊。相关工作得到了科技创新2030重大项目、国家重点研发计划、国家自然科学基金、国家高层次青年人才计划、山东省自然科学基金、山东省泰山学者计划和晶体材料全国重点实验室的大力支持。