当前 ， 电刺激是应用最广泛的促进神经再生的神经刺激技术 。 例如 ， 在体外施加 20 赫兹的外电场 1 小时 ， 可显著促进神经损伤和显微外科修复后的轴突再生 。 对神经突起进行生物物理和生物化学刺激是改善其生长和促进功能再生的关键策略之一 。
然而 ， 在临床应用中 ， 通过导电支架传递电刺激仍然具有挑战性 ， 不仅存在一定感染风险 ， 而且电流的扩散特性可能导致电流从损伤部位扩散到健康组织 ， 从而带来不良影响 。
近日 ， 美国波士顿大学研究团队提出一种具有光声功能的新型生物相容性丝素蛋白支架 ， 能够通过光声刺激神经组织并促进神经细胞的再生和生长 。
相关论文以《嵌入光声碳纳米管的丝支架对神经的刺激和再生作用》（Photoacoustic Carbon Nanotubes Embedded Silk Scaffolds for Neural Stimulation and Regeneration）为题发表在 ACS Nano 上 ，美国波士顿大学副教授杨辰担任通讯作者 ， 第一作者为同校课题组博士生郑楠 。

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图 | 相关论文（来源：ACS Nano）
杨辰指出 ， 第一 ， 他们想解决神经再生困难的问题 。 第二 ， 他们证实了光声能够起到神经激活效果 ， 所以想把神经激活和神经再生联系起来 。 为此 ， 该团队提出在神经支架的体系上实现这些设想的思路 ， 即构建一种具有生物结构支撑和精准神经激活功能、且高度生物相容的多功能支架 。
在组织工程中 ， 支架可为神经再生提供包括细胞粘附和组织结构支持在内的多种协同功能 ， 并能助力营养物质和生长因子的大规模运输 ， 同时也具有生物相容性 。
据了解 ， 该团队设计了一种使用纳米复合水凝胶方法将光声神经刺激整合到水凝胶支架中的通用策略 。
具体而言 ， 就是将聚乙二醇功能化碳纳米管作为高效光声剂嵌入丝素蛋白中 ， 从而形成具有生物相容性的柔软光声材料支架 。 该支架以由光照区域定义的空间精度对神经元进行刺激 ， 从而促进神经元再生 。
该团队称 ， 这种支架能够提供安全且可重复的光声神经刺激和显著的再生长效应 。 在光照射区域的钙离子成像中 ， 94% 的光声刺激神经元表现出大于 10% 的荧光变化 。 与未受光声刺激的对照组相比 ， 光声刺激使大鼠背根神经节模型中的神经突生长增加了 1.74 倍 。

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图 | 光声刺激下的神经元活动 （来源：ACS Nano）
此外 ， 他们还证实 ， 光声刺激促进神经突生长的现象与神经营养因子浓度增加有关 。
据悉 ， 该团队主要研究方向是发展非遗传学的高空间精准新型神经刺激的方法 。 神经再生是一件非常困难的事情 ， 现有的方法也并没有取得比较好的效果 。 他们认识到神经刺激不仅能够控制神经的活动 ， 也能促进神经再生 。 因此 ， 他们决定在现有神经支架的基础上添加光声刺激的新功能 ， 与塔夫茨大学（Tufts University）教授大卫·卡普兰（David L. Kaplan）课题组合作 ， 在水凝胶的体系中加入光声作用 ， 并实现了神经激活和再生的功能 。
郑楠总结道 ， 这次他们主要有两个新的发现 。 一是找到了一个新的方法 ， 能够把光声作用引入到现有的水凝胶生物材料中；二是发现通过光声刺激神经组织和神经细胞 ， 可以促进神经细胞的再生和生长 。

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图 | 光声刺激促进神经突生长（来源：ACS Nano）