Advanced Materials | 血清素能系统靶向核酸水凝胶协调兴奋性恢复和回路重建，用于脊髓损伤治疗

尽管脊髓损伤（SCI）后仍保留着能够传递指令的脊髓回路，但其恢复的贡献仍受限于幸存神经元的功能休眠和病变间的重联受限。血清素能能神经调控对于重新激活休眠神经元至关重要，然而，实现血清素能系统的精确定位和调节仍存在转化挑战。本文报道了一种 DNA/RNA 异二股水凝胶，结合了 5-羟色胺（5-HT）介导的神经元兴奋性恢复与磷酸酶和张肌同源物（PTEN）靶向脊髓回路重建，用于脊髓损伤治疗。源自 5-羟色氨酸（5-HTP）基序，既作为靶向配体，也作为神经调节因子，被位点特异性接驳到三条含磷硫酸的单链 DNA（ssDNA）上，这些链自组装成 Y 形基序，随后通过粘性端 PTEN 小干扰 RNA（siRNA）交联形成水凝胶网络。在病灶部位给药后，水凝胶通过 DNase 介导的网络拆解成纳米凝胶，通过靶向血清素系统实现两种互补的治疗作用：恢复兴奋性以重新激活休眠的中间神经元，以及重建下降连接以重新整合剩余的与宿主脊髓的回路，从而恢复瘫痪小鼠的感觉和运动功能。该策略通过多种互锁机制协同恢复功能性兴奋性和结构重建，推动了中枢神经系统（CNS）综合治疗的多样化范式。

该研究以题为“Serotonergic System-Targeted Nucleic Acid Hydrogel Coordinates Excitability Restoration and Circuit Reconstruction for Spinal Cord Injury Therapy”发表在Advanced Materials上。图1.SeroPTEN-CG水凝胶的化学选择性结合、自组装及物理化学特性分析。（A）将5-HTP位点选择性嫁接到ssDNA的两个PS修饰位点上，以获得5-HTP-DNA偶联物。（b）变性未修饰ssDNA（Ya-2PS、Yb-2PS、Yc-2PS）及其5-HTP偶联物（5-HTP-Ya-2PS、5-HTP-Yb-2PS、5-HTP-Yc-2PS）的PAGE。（C–H）质量变化与化学计量和部位特异性嫁接一致，表明两个PS修饰位点已满员。（I）自组装方案：5-HTP-Y基序通过PTEN的siRNA连接体交联形成SeroPTEN-CG水凝胶。（J） 10%的天然PAGE验证了5-HTP-Y基序和PTEN siRNA连接子的自组装性，SeroPTEN-CG水凝胶几乎未迁移到凝胶基质中。（K） 冻干SeroPTEN-CG水凝胶的SEM扫描电子图，显示出互联的多孔网络。 （L） 展示快速且可逆的热响应行为的照片：室温混合时胶化，90°C液化（5分钟），冷却至室温后再凝胶（1分钟）。（M） 频率扫描显示存储模量（G′）持续超过损耗模量（G“），这是稳定水凝胶的特征。（N） 温度扫频显示G′随温度升高逐渐下降，并在约55°C处出现G′/G“交叉。 （O） 10%原生PAGE显示RNase H介导的PTEN siRNA从SeroPTEN-CG水凝胶中释放，且带强度随RNase H增加（0-100 U/mL）。（P） 在指示条件下累计释放5-HTP：pH 7.4时释放最小（<20%在72小时内释放），在pH 5.0时增强释放（约40%在72小时内释放），pH 5.0时与酯酶协同加速（17 U/mL;>72小时内完成70%。如前所述，比例杆。缩写：5-HTP，5-羟色氨酸;PS，磷硫酸盐;ssDNA，单链DNA;PAGE，聚丙烯酰胺凝胶电泳;扫描电子显微镜（SEM）;G′，存储模量;G“，损失模量。

总结

脊髓损伤后残存的神经回路常因神经元功能休眠及断端连接中断而难以发挥代偿作用。本研究设计了一种DNA/RNA异二股水凝胶，通过在三条单链DNA上定点偶联5-羟色氨酸基序，自组装形成Y型结构单元，再经粘性末端引入PTEN小干扰RNA，构建出可注射的核酸水凝胶。该材料在病灶局部递送后，经DNase逐步降解释放纳米凝胶，实现血清素能系统的靶向调控。其中5-羟色氨酸既作为配体引导体系富集于受损区域，又作为神经调节因子发挥类5-羟色胺作用，恢复中间神经元兴奋性，打破功能休眠状态。

与此同时，水凝胶释放的PTEN siRNA通过抑制PTEN表达，促进残存下行神经纤维的再生与突触重构，重建宿主脊髓与损伤远端之间的回路连接。在瘫痪小鼠模型中，该协同策略显著改善了感觉与运动功能，且未观察到明显不良反应。该工作将神经兴奋性恢复与结构重建整合于同一核酸递送平台，为中枢神经损伤的综合性治疗提供了新的设计范式。

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