细胞基质化组织工程神经修复神经缺损及神经再生微环境重建的机制研究

Tissue engineering is an advanced multidisciplinary field. The investigation and development of new tissue engineering technology and product is facing huge international and domestic market demand. Based on more than 20 years’ research experiences, the current project innovatively proposed: ① inducing skin precursor cells to differentiate into Schwann cells, using silk fibronin and Schwann cells to construct tissue engineering nerve, decellularized by using chemical methods, and construct cellular extracellular matrix based-tissue engineering nerve; ② using cellular extracellular matrix based-tissue engineering nerve to repair rat sciatic nerve transection, prepare animal model；③ using RNA deep sequencing to discover the changes of the microenviroment of regenerated nerve tissue from the transcriptional level, using bioinformatic analysis tools (e.g. IPA) to analyze the expression patterns of differentially expressed genes, core transcriptional factors, signaling pathways and molecular regulatory mechanism；④ validating key factors, use in vitro and in vivo experiments to perform functional verification and analysis. The current project will provide new knowledge and theory for nerve repair and regenerative microenviroment reconstruction with cellular extracellular matrix based-tissue engineering nerve and the interaction of artificial tissue and body microenvironment.

组织工程是多学科交叉的前沿领域，组织工程新技术新产品研发正面对着国际国内巨大的市场需求。本课题在20余年研究工作积累的基础上创新性提出：①采用皮肤前体细胞，诱导分化成施万细胞，将丝素与施万细胞体外构建组织工程神经，化学方法去细胞，制备细胞基质化组织工程神经；②将细胞基质化组织工程神经修复大鼠坐骨神经缺损，制备动物模型；③利用RNA深度测序分析方法揭示再生神经组织微环境转录水平的变化，通过IPA等生物信息学分析工具系统分析其差异基因表达、核心调控因子、信号通路及其分子调控机制；④关键因子验证，并进行体外水平与动物体内功能验证与分析。为细胞基质化组织工程神经修复神经缺损与神经再生微环境重建及其人工组织与机体微环境相互作用的机制研究提供新的知识与新的理论。

组织工程新技术新产品研发正面对着国际国内巨大的市场需求。本项目聚焦于细胞基质化组织工程神经修复神经缺损及神经再生微环境重建的机制研究，成功获得hBMSC-ACM并构建了一种新型的细胞基质化神经移植物，能有效修复神经缺损；首次提出了细胞基质化神经移植物修复神经缺损的理论学说，描绘了轴突、髓鞘、细胞外基质、血管和免疫等相关分子调控随时间推进的总体分子再生模式，早期以血管和髓鞘过程激活，伴随细胞外基质显著调控，随后启动轴突再生过程同时伴有免疫反应的上调后回归正常，且髓鞘和轴突的调控持续作用，多种功能有序协同调控促进神经持久再生。制备了一种皮肤源性前体细胞向类施万细胞的体外诱导分化以及联合壳聚糖神经导管和蚕丝丝素神经纤维组织工程神经移植物，并可以有效促进坐骨神经再生和功能恢复；揭示了与轴突再生、再髓鞘化及血管化功能相关的分子网络和调控机制。发现了BMSC-ECM-NG可创造更利于神经再生的微环境，且具有低免疫原性。构建了干细胞组织工程化神经修复长段神经缺损的临床新技术，为临床解决周围神经长距离缺损这一难题提供了新的方向。阐明了生物材料表面结构、细胞生物学行为与基因表达调控三者之间的关系，为研发新一代生物材料与组织工程产品提供了新的理论依据。完成了大鼠脊髓转录组的发育模式及分子网络特征，共获得了21个共表达模块，对模块按发育时间轴划分为4个主要时期，并且相应模块的功能富集与Witschi Rat Stages相符，这使得我们首次对大鼠脊髓组织发育阶段进行精确的划分提供了理论依据；整合分析揭示了背根神经节的进化保守性和特异性的损伤反应基因群，为损伤后DRG的表达变化提供了一个全面的综合数据景观。发现在受损的脊髓中通过KCC2处理可以重新激活休眠的中继应答信号通路，提示KCC2激动剂可以作为非常有希望的治疗手段。综上所述，本研究将为细胞基质化组织工程神经修复神经缺损与神经再生微环境重建及其人工组织与机体微环境相互作用的机制研究提供新的知识与新的理论。