针对上述问题，郑州大学张开翔、史进进、郭振振团队开发了一种工程化活体材料，旨在梗死灶内重建再生微环境。该系统整合了可编程超分子 DNA 水凝胶、分泌白细胞介素 - 10 的工程化间充质干细胞（eMSCs）与神经干细胞（NSCs）。水凝胶模拟天然细胞外基质的结构和力学特性，提高移植细胞的滞留率和存活率；同时，工程化间充质干细胞可调节炎症微环境、抑制胶质瘢痕形成并促进血管再生，进而促进神经干细胞向神经元分化。在缺血性卒中大鼠模型中，这种工程化活体材料显著促进神经元再生、突触重塑和新生血管形成，最终改善大鼠的运动和认知功能。这些发现为通过重建基质 - 实质细胞相互作用修复受损神经组织提供了一种模块化策略，为卒中后脑再生开辟了潜在治疗途径。该文章于2026年1月19日以《Bioinspired Engineering of Living Materials to Reconstruct Stromal-Parenchymal Interactions for Post-Stroke Neural Regeneration》为题发表于《Advanced Materials》（DOI:10.1002/adma.202512404）。

图1. 工程化活体材料用于缺血性卒中修复的示意图。（a）间充质干细胞（MSCs）经IL-10质粒基因修饰，生成抗炎工程化MSCs（eMSCs）。将其与神经干细胞（NSCs）及可编程超分子DNA水凝胶（ProS-Dgel）结合，形成可注射的工程化活体材料。经立体定向移植入大鼠卒中模型梗死腔后，该活体材料重建神经再生微环境。（b）未治疗的卒中腔内可见免疫细胞浸润、高水平促炎细胞因子（如TNF-α、IFN-γ）、活性氧（ROS）、纤维化瘢痕形成及有限血管化。（c）工程化活体材料减少炎症、促进血管长入、促进轴突发芽和突触形成，并支持组织再生。

（1）可编程超分子 DNA 水凝胶（ProS-Dgel）的制备与理化及生物特性表征

研究证实ProS-Dgel具有优异的物理化学性质和生物相容性，其通过DNA接枝聚丙烯酰胺共聚物与温度响应性交联链自组装形成，储能模量约198 Pa，处于神经元生长最佳范围（30–500 Pa），且在0–40°C范围内保持机械完整性；引入阻断链策略实现了4°C下的均匀细胞混合与37°C下的快速原位凝胶化，显著改善了细胞分布均匀性；该水凝胶在人工脑脊液中稳定48小时，在含血清培养基中可被DNase I降解，而添加10 μg/mL柠檬酸盐（DNase I抑制剂）可有效稳定凝胶；ProS-Dgel支持10⁶至10⁸ cells/mL的细胞密度而不显著改变凝胶体积，封装CTX、MSC、PC12和NSC四种细胞后7天均保持高存活率，证实其作为仿生ECM支架用于缺血性卒中细胞移植的潜力。

图2. ProS-Dgel的制备与表征。（a）阻断链及其结合机制示意图。（b）ProS-Dgel合成示意图。（c）ProS-Dgel可注射性图像。（d）凝胶化过程图像。（e）ProS-Dgel的扫描电子显微镜（SEM）图像。（f）应变振幅扫描（应变范围1%至10,000%）下ProS-Dgel的储能模量（G′）和损耗模量（G″）。（g）温度扫描（温度范围0至40°C）下ProS-Dgel的G′和G″。（h）时间扫描显示1%动态应变和1 Hz频率下ProS-Dgel储能模量（G′）和损耗模量（G″）随凝胶时间的变化。（i）不同条件下ProS-Dgel随时间的归一化凝胶质量（归一化凝胶质量=凝胶重量/初始重量）。（j,k）有（k）或无（j）阻断链时Hoechst染色MSCs在ProS-Dgel中的分布。（l）不同密度MSCs在ProS-Dgel中的活/死染色。（m）柠檬酸盐保护ProS-Dgel中培养细胞的活力，n=4。所有数据以均值±标准差表示。

（2）工程化间充质干细胞（eMSCs）的制备与体外功能验证

研究证实IL-10过表达的eMSCs具有增强的神经保护、抗炎和促血管生成作用；流式细胞术显示91.0%的eMSCs稳定表达IL-10，qRT-PCR和ELISA证实其IL-10 mRNA和蛋白水平显著高于普通MSCs；在OGD/R共培养模型中，eMSCs显著改善PC12细胞活力、减少PI阳性死细胞，并通过降低ROS荧光信号发挥抗氧化作用；在模拟卒中后炎症的共培养体系中，eMSCs显著下调小胶质细胞和星形胶质细胞表面激活标志物CD80和CD86，抑制促炎因子TNF-α和IFN-γ分泌，同时增强IL-10产生；此外，eMSCs促进HUVEC迁移的能力约为普通MSCs的1.5倍，表明其通过多效机制发挥基质细胞支持作用。

图3. eMSCs的制备与功能验证。（a）MSCs过表达IL-10的基因修饰示意图。（b）通过流式细胞术定量IL-10⁺ eMSCs比例。（c,d）通过qRT-PCR和ELISA定量MSCs和eMSCs中IL-10 mRNA和蛋白水平，n=3。（e）MSCs和eMSCs与神经元样PC12细胞在transwell培养皿中共培养示意图。（f）经48小时氧糖剥夺（OGD）和12小时正常孵育不同处理后，通过CCK-8测定PC12细胞活力；正常条件下培养的PC12细胞设为对照，n=3。（g）接受不同处理PC12细胞的活/死染色。（h）不同处理PC12细胞活性氧（ROS）染色的代表性共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）图像。（i）模拟卒中后炎症微环境的体外模型示意图。（j,k）通过流式细胞术定量小胶质细胞和星形胶质细胞上CD80和CD86，n=3。（l–n）通过ELISA测定共培养系统上清中肿瘤坏死因子α（TNF-α）、干扰素γ（IFN-γ）和白细胞介素10（IL-10）表达水平，n=3。所有数据以均值±标准差表示。多组分析采用单因素方差分析（ANOVA） followed by Tukey's post hoc test，两组分析采用非配对Student's t检验。*p<0.05, **p<0.01, ***p<0.001, ****p<0.0001。

（3）炎症条件下工程化材料与细胞对神经干细胞（NSCs）分化的调控作用

研究证实ProS-Dgel的3D微环境可促进NSCs向神经元分化，但炎症信号会显著偏向星形胶质细胞命运；与2D培养相比，ProS-Dgel中NSCs的TUJ1+神经元比例增加，但GFAP+星形胶质细胞仍占主导；在TNF-α、IL-6和IFN-γ模拟的炎症条件下，NSCs分化显著向GFAP+星形胶质细胞偏移，而共培养IL-10分泌的eMSCs可逆转这一趋势，显著增加TUJ1+神经元比例并减少GFAP+星形胶质细胞，使其恢复至非炎症状态下的分化模式，证实eMSCs通过抗炎作用优化NSCs的神经命运决定。

图4. 炎症条件下神经干细胞（NSC）分化的调控。（a）神经干细胞分化示意图。（b）水凝胶中分化3天后NSCs来源神经元（TUJ1⁺，红色）和星形胶质细胞（GFAP⁺，绿色）的荧光图像及（c）定量分析。（d）不同条件下分化3天后NSCs来源神经元和星形胶质细胞的荧光图像及（e）定量分析。分化比率=（TUJ1⁺或GFAP⁺细胞荧光面积/总荧光面积），n=3。所有数据以均值±标准差表示。

（4）工程化活体材料对缺血性卒中大鼠的体内治疗效果评估

研究证实eMNH（ProS-Dgel+eMSCs+NSCs）在大鼠PT卒中模型中具有显著的治疗功效；Morris水迷宫显示eMNH组逃避潜伏期最短、游泳路径最短，移除平台后目标象限停留时间最长，空间学习记忆能力最佳；胶带移除测试中eMNH组接触和移除时间最短，感觉运动功能恢复最优；移植后3天EGFP标记证实eMSCs与NSCs在腔内的良好保留，3周后大体观察显示eMNH组皮层表面光滑接近健康脑，H&E染色显示梗死腔显著缩小；而PBS组和NH组（仅NSC+水凝胶）均显示皮层塌陷和明显腔隙，证实eMSCs的抗炎基质支持对结构修复至关重要。

图5. 工程化活体材料的体内治疗效果评价。（a）行为测试时间轴示意图。（b）光血栓模型构建示意图。（c）工程化活体材料植入示意图。（d,e）水迷宫中大鼠找到平台前的距离和时间，n=8。（f）撤除逃生平台后60秒内卒中大鼠在目标象限停留时间，n=8。（g）水迷宫中大鼠轨迹代表性图像。（h,i）卒中大鼠触碰和移除粘附物的时间，n=8。（j）移植后第3天，在eMSC存在下移植NSCs的卒中大鼠NeuN免疫染色，腔内EGFP⁺MSCs（绿色）。比例尺：1 mm。（k）治疗后大鼠卒中腔图像。（l）不同治疗后大鼠脑切片苏木精-伊红（H&E）染色。所有数据以均值±标准差表示。多组分析采用单因素方差分析（ANOVA） followed by Tukey's post hoc test。*p<0.05, **p<0.01, ***p<0.001, ****p<0.0001。

（5）工程化活体材料对缺血性卒中大鼠的体内免疫调控与组织修复作用

研究证实eMNH通过多重机制重塑卒中后微环境并促进组织修复；免疫荧光显示eMNH组Iba-1+总小胶质细胞减少而CD206+ M2型小胶质细胞显著增加，流式细胞术证实CD80和CD86激活标志物最低；ELISA显示eMNH组IL-10升高而TNF-α和IFN-γ显著降低，实现抗炎表型转换；eMNH将胶质瘢痕厚度从539 μm降至103 μm，DCFH-DA显示ROS水平显著降低，TUNEL和caspase-3证实神经元凋亡减少；CD31免疫荧光显示梗死核心和周边区血管新生显著增强，DCX和NF200染色证实神经发生和轴突再生增加，NeuN/GFAP双染显示eMNH组神经元最多而星形胶质细胞最少，表明eMNH通过抗炎、抗氧化、抗凋亡、促血管生成和促神经分化协同促进组织修复。

图6. 工程化活体材料的体内免疫调节与组织修复促进。（a）卒中区域不同蛋白荧光染色脑切片示意图。（b）光血栓（PT）后3周梗死区和梗死周围区Iba-1和CD206免疫荧光染色。（c）CD206相对荧光强度定量分析，n=3。（d–f）治疗后缺血脑组织中白细胞介素10（IL-10）、肿瘤坏死因子α（TNF-α）和干扰素γ（IFN-γ）表达水平，n=3。（g）梗死周围区星形胶质细胞瘢痕厚度定量分析，n=5。（h）梗死周围区星形胶质细胞（GFAP，绿色）和神经元（NeuN，红色）免疫荧光染色。（i,j）梗死区活性氧（ROS）染色图像及定量，n=4。（k,l）3周时血管（CD31，红色）免疫荧光染色及定量，n=4。所有数据以均值±标准差表示。多组分析采用单因素方差分析（ANOVA） followed by Tukey's post hoc test。*p<0.05, **p<0.01, ***p<0.001, ****p<0.0001。

（6）工程化活体材料对缺血性卒中大鼠的长期治疗效果及分子机制探究

研究证实eMNH具有持久的功能恢复效果和明确的分子机制；长达10周的网格测试、圆柱测试和意大利面测试显示，eMNH组足部错误率、不对称评分、调整次数和消耗时间均显著优于PBS和NH组，接近假手术组水平；RNA-seq火山图显示eMNH组85个基因上调、445个基因下调，GO富集分析揭示差异基因集中于缺氧反应、神经发生、凋亡、炎症调节及NF-κB信号通路，其中炎症相关基因Il18下调而组织修复基因Bdnf上调；热图显示PI3K/Akt信号通路中Akt3和Inpp4b等10个基因显著改变；蛋白质组学进一步证实IRF3（NF-κB激活因子）下调、髓鞘相关蛋白MBP和AKT3蛋白上调，共同支持eMNH通过抑制NF-κB炎症通路和激活PI3K/Akt修复通路促进长期神经功能恢复。

图7. 工程化活体材料的长期治疗效果评价与机制研究。（a）行为评估示意图。网格测试评估对侧后肢的运动协调和功能完整性。圆筒测试量化对侧前肢的自发使用及灵巧性。意大利面测试测量对侧前爪的精细运动性能和操作精度。（b–e）网格测试、圆筒测试和意大利面测试的统计分析，n=8。所有数据以均值±标准差表示。多组分析采用单因素方差分析（ANOVA） followed by Tukey's post hoc test。*p<0.05, **p<0.01, ***p<0.001, ****p<0.0001。（f–h）梗死周围组织RNA-seq分析。（f）差异表达基因（DEGs）火山图，n=3。（g）DEGs的基因本体论（GO）注释。（h）与炎症、组织修复及PI3K/Akt信号通路相关的DEGs热图。