生物活性脊髓治疗脊髓损伤的研究

In recent years, tissue engineering technology has become research hotspot in the region of repairing spinal cord injury. After researching on tissue engineering bridging neurons repair the spinal cord injury, we found that how to establish a nerve graft similar to the structure of spinal cord, improving local microenvironment of the injury to promote axonal regeneration is the focus of repairing spinal cord injury. The number of neural stem cells is limited. In the state of injury, it is not enough to exert neuroprotection. Induced neural stem cells derived from adipose-derived mesenchymal stem cells can differentiate into neurons and glial cells to replace the damaged nerve tissue, which also can secrete nutritional factors to improve the damaged local microenvironment; Serum response factor can regulate cytoskeletal dynamics, at the same time mediate immediate early gene responses and promote axonal regeneration; 3D printing technology can build accurate graft same as normal spinal cord structure according to the pre-built model under control of the computer. Here, bioactive spinal cord implants with sustained release microspheres of serum-containing chitosan, adipose-derived mesenchymal stem cells and neural extracellular matrix were prepared and implanted into the animal model of spinal cord injury so as to verify the repairing ability and possible mechanism.

近年来，组织工程技术成为修复脊髓损伤的研究热点，本课题组进行了“组织工程桥接神经元修复脊髓损伤”研究，发现如何构建与脊髓结构相似的神经移植体，改善损伤局部微环境促进神经元轴突再生是脊髓损伤修复的重点。自身神经干细胞数量有限，在损伤状态下，不足以发挥神经保护作用；来源于脂肪间充质干细胞的诱导型神经干细胞能分化成神经元、神经胶质细胞等，可以更新受损的神经组织，并分泌营养因子改善局部微环境。血清反应因子可以调整细胞骨架动力学，促进神经元轴突再生；而3D打印技术可在计算机的控制下，按照预先构建的脊髓模型，以诱导型神经干细胞、血清反应因子和细胞外基质为材料，精准构建与正常脊髓结构相似的生物活性脊髓。本研究将生物活性脊髓植入脊髓损伤动物模型体内，验证其修复能力，观察血清反应因子对诱导型神经干细胞分化为神经元及轴突生长的影响，并探讨血清反应因子和诱导型神经干细胞发挥作用的可能机制。

近年来，组织工程技术修复脊髓损伤成为研究重点，生物支架+细胞+因子的组合方式被认为是应对脊髓损伤复杂机制的最有希望的方法之一。在本项目的研究中，首先，我们进行了神经脱细胞外基质的交联生物材料的合成，成功制备出京尼平交联的脱细胞外基质/壳聚糖支架材料，合成了姜黄素微球，并使用脱细胞基质/壳聚糖为支架材料作为姜黄素微球和骨髓间充质干细胞的载体，接着，应用3D打印技术成功构建可控释生物活性脊髓支架，并在细胞层面验证了其良好的生物相容性；接下来，进行了壳聚糖/β-甘油磷酸钠温敏型水凝胶材料的合成，利用环糊精提高姜黄素溶解度，将左旋聚乳酸-聚己内酯共聚物作为材料合成的姜黄素缓释微球具有良好的包封率、载药率和缓释性能，可以解决姜黄素半衰期短、体内消除快的问题，利用温敏性水凝胶材料将姜黄素缓释微球固定在大鼠脊髓损伤的局部，在脊髓损伤急性期起到了抗炎作用；在动物和细胞两个层面明确了血清反应因子（SRF）通过Ras-Raf-Cofilin通路促进轴突生长的作用机制；发现了用于脊髓损伤修复的新因子Apelin，证明了其可以在脊髓损伤大鼠体内通过调节星形胶质细胞和小胶质细胞极化方向减轻炎性反应，促进了脊髓形态的修复和大鼠运动功能的恢复，并在在体和细胞实验中都起到了促进（内源性）神经干细胞激活和向神经元分化的作用。综上所述，本项目通过组织工程技术实现了生物活性脊髓的合成，并发现了脊髓损伤治疗中的新的关键因子，为临床应用组织工程治疗脊髓损伤提供实验数据和理论支撑。