温控原位移植NeuroD1温敏神经干细胞修复重型颅脑创伤的研究

Orthotopic transplantation in acute phase could not only effectively gather stem cells, but also timely rescue injury-induced degeneration of neural cells, which contributes to the repair of neurological function after traumatic brain injury (TBI). However, the toxic microenvironment with ischemia and hypoxia is bad for the survive, proliferation and differentiation of transplanted stem cells. Studies demonstrate that mild hypothermia therapy could improve microenvironment in acute phase of TBI by various mechanism. In this study, we would like to take advantage of phenomenon that severe TBI patients need craniotomy and mild hypothermia therapy, implement orthotopic transplantation of tsNSCs in acute phase of TBI, and adopt temperature sensitive neural stem cells (NeuroD1-tsNSCs) carrying tsSV40LT and NeuroD1 genes, which proliferate at the permissive temperature of 33℃ whereas differentiate at the non-permissive temperature of 37℃. The ability of proliferation at 33℃ and differentation to neurons at 37℃ is examined in vitro. Then, the effect of repair of neurological function by orthotopic transplanting NeuroD1-tsNSCs in acute phase is evaluated in vivo. Our study could not only solve the problems encountered in the field of stem cell research, such as difficulty in gather, low survival rate, low differentiation to neurons and tumorigenicity, but also provide new theoretical basis for the clinical translational research of TBI.

急性期原位移植不仅有助于干细胞的有效聚集，还能及时挽救损伤变性的神经细胞，可最大限度地改善颅脑创伤（TBI）后的神经功能。然而，TBI急性期缺血缺氧的"毒性"环境不利于干细胞的存活、增殖和分化。研究证实，亚低温治疗可通过多种机制改善TBI后急性期的移植微环境。因此，本课题拟借助临床重型TBI患者需要开颅术和亚低温治疗的环节，实行TBI急性期损伤原位干细胞移植，采用携带tsSV40LT和NeuroD1基因的适合亚低温环境生长的温敏神经干细胞（NeuroD1-tsNSCs）（33℃增殖活性最强，37℃由增殖转为分化），体外检测其33℃时增殖的能力和37℃时向神经元分化的能力，体内评估急性期亚低温联合原位移植NeuroD1-tsNSCs对神经功能修复的作用。本课题不仅可巧妙解决目前干细胞研究领域上面临了难以聚集、存活率低、神经元分化率低、致瘤性等问题，还可为TBI临床转化研究提供新的理论依据。

颅脑创伤（TBI）的神经功能恢复仍是世界性的难题。TBI后实施干细胞急性期原位移植，对及时和最大限度发挥干细胞的功效起着重要的作用。但干细胞移植的时机以及移植微环境对神经功能恢复至关重要，尚需进一步探索。研究证实，亚低温治疗可通过多种机制改善TBI后的微环境。遗憾的是，33℃的亚低温环境不适于普通干细胞的生长。因此，本课题拟采用携带 tsSV40LT基因的温度敏感型神经干细胞（tsNSCs）（33℃增殖活性最强而 37℃则由增殖转为分化），通过检测 33℃或 37℃时 tsNSCs的增殖速度以及增殖分化标志物的表达，评估 tsNSCs在亚低温期间增殖和恢复正常体温后分化的能力。本课题拟借助临床重型TBI患者需要开颅术和亚低温治疗的环节，探讨不同时程和时间窗TBI原位的 tsNSCs移植，以期促进 TBI神经功能的修复以及为临床转化研究提供一定的理论基础。通过以上研究，课题组得出以下结果和结论：(1) 纤维蛋白支架载tsNSCs移植具有改善TBI大鼠神经功能的作用。(2) 过表达NeuroD1可促进神经干细胞向神经元方向分化，能使分化神经元突起长度增加，对神经干细胞增殖有促进作用。(3)亚低温脑保护效应与亚低温时程并非单纯的直线关系。较长时程的亚低温的神经保护效应优于短时程以及中时程。(4) 2小时和4小时可作为亚低温治疗相对理想的时间窗，能够缩小同临床实际运用的差异。(5) TBI会使颅内细胞力学性能发生改变，使细胞弹性模量增大；亚低温治疗可以使TBI后脑细胞的弹性模量减小；亚低温能改善TBI后颅内物理微环境，从而促进TBI后移植的脐带间充质干细胞向神经元分化。. 本项目共发表SCI期刊论文10篇，中文期刊论文7篇；主编学术专著1部，主审学术专著1部；获得武警部队科技进步二等奖1项；主持全国学术会议6次；培养博士生1名和硕士生4名。