周围神经损伤是临床上最为常见的神经系统疾病之一,其难点在于神经损伤后往往功能恢复欠佳,从而造成肢体功能障碍和较高的致残率。影响周围神经损伤后修复效果的因素众多,包括神经损伤的部位、性质、程度、手术修复的时机与方法、术者的显微外科技术水平及患者的年龄等诸多因素。目前,临床上判断周围神经功能恢复主要依赖于肢体运动功能检查、感觉功能检查、神经传导速度测定、肌电图及术中神经电生理检测等方法,但这些方法仍难以及时和准确地评估神经功能恢复的效果和预后,常常导致诊断的延误和错失最佳的手术时机。因此,临床上亟需一种能在神经损伤修复后早期、直观、准确地评估神经再生水平的检测方法,从而更好地判断周围神经功能恢复的效果。尤其对于神经功能恢复不佳的患者可以进行早期的手术干预,以期缩短治疗时间和改善功能性预后。神经示踪技术是神经再生研究中最重要的方法之一,其理论基础是轴突运输。与神经行为学和电生理检查相比,神经示踪技术能更直观、准确地评估神经再生水平。传统神经示踪剂存在明显的局限性,包括繁琐的操作步骤和耗时的免疫组化染色等。荧光染料是目前广泛使用的神经示踪剂,操作简单省时。然而,传统荧光示踪剂具有共同的缺点是荧光强度弱、光稳定性差和易光漂白。荧光纳米材料因其稳定的理化特性和优良的光学性质,被广泛地应用于生物医学领域中,包括细胞标记、分子示踪、活体成像、生物传感器等。碳点是一类生物相容性极好的新型碳基荧光纳米材料,具有稳定的理化特性、良好的光学性质、低毒性和易于表面修饰等优点,因此在生物医学应用中引起了广泛的关注。碳基聚合物点是碳点类纳米材料中重要的一种类型,最新合成的红色荧光碳基聚合物点具有高量子产率和良好生物相容性,其独特的光学特性在细胞和活体成像中表现出了显著的优势。本论文围绕红色荧光碳基聚合物点的细胞行为学、血脑屏障通透性和生物安全性进行系统研究,并将其应用于周围神经顺行示踪研究,主要研究内容分为四部分。第一部分:碳基聚合物点的细胞行为学研究。本研究以神经细胞为研究对象,对碳基聚合物点的细胞毒性、细胞摄取机制、细胞内分布和外排作用进行详细研究,评估其细胞行为学特性。研究结果显示:碳基聚合物点具有良好的生物相容性,对神经细胞具有较低的细胞毒性;碳基聚合物点细胞摄取具有剂量依赖性和时间依赖性特点;碳基聚合物点通过主动运输和被动扩散途径进入细胞,主要分布于溶酶体和内质网,少量可进入细胞核;细胞内化的碳基聚合物点可通过胞吐作用从细胞内排出。第二部分:碳基聚合物点的血脑屏障通透性研究。本研究包括碳基聚合物点对于脑胶质瘤细胞的细胞行为学研究、血脑屏障通透性研究及脑胶质瘤成像的应用研究,从而评价其应用于神经系统成像研究的潜能。实验结果表明:碳基聚合物点具有良好的生物相容性、低毒性和较高的荧光稳定性;脑胶质瘤细胞对于碳基聚合物点的摄取表现出较高的摄取效率,并且具有时间依赖性和剂量依赖性摄取特点,内化的碳基聚合物点主要分布于溶酶体中;体外和体内研究证明了碳基聚合物点具有穿透血脑屏障的能力。此外,体内研究发现碳基聚合物点能成功地聚集在原位脑胶质瘤内,故可应用于脑胶质瘤术前定位诊断和荧光导航指导下的肿瘤切除手术。第三部分:碳基聚合物点的生物安全性研究。本研究主要包括碳基聚合物点的动物体内毒性研究和体内分布研究,从而系统评价碳基聚合物点的生物安全性,是其应用于生物医学成像的基础。研究证明:碳基聚合物点即使在较高剂量(50 mg/kg)下仍不会造成明显的体内毒性;体内分布研究表明碳基聚合物点可以通过肝脏和肾脏两条代谢途径进行快速的体内清除,降低了碳基聚合物点的体内毒性反应。总之,碳基聚合物点体内实验证明其具有良好的生物安全性,为进一步应用于活体神经示踪技术提供了可靠保障和可行性。第四部分:碳基聚合物点的周围神经示踪应用研究。将碳基聚合物点标记生物素葡聚糖胺制备新型红色荧光纳米神经示踪剂,对其理化性质、生物相容性、细胞内和体内分布、细胞和活体成像进行研究,最后将其应用于周围神经系统示踪研究。我们发现这种神经示踪剂可以被周围神经系统神经元胞体摄取,并经顺行运输至神经元轴突末梢。研究结果展示了其诸多的优势,包括较强的荧光强度、较深的组织穿透性、较高的荧光稳定性、良好的生物相容性和低毒性。因此,这种新型示踪剂是一种可靠、简便和经济的顺行荧光纳米神经示踪剂,具有重要的临床应用价值。总之,为创制新型纳米神经示踪剂,我们围绕最新合成的红色荧光碳基聚合物点展开了一系列的生物学研究。首先,对碳基聚合物点的细胞行为学特点进行研究,评估其应用于生物学研究的可行性。然后,对碳基聚合物点的血脑屏障通透性进行研究,拓展其在神经系统中的应用范围。其次,对碳基聚合物点的生物安全性进行研究,是其应用于活体神经示踪的可靠保障。最后,将碳基聚合物点应用于神经示踪研究,而且首次报道基于碳基聚合物点的顺行神经示踪方法,并成功应用于周围神经顺行示踪研究,为新型活体纳米神经示踪剂的创制和应用提供了生物学、材料学和方法学的研究依据和参考,对提高周围神经的整体修复水平具有重大意义。