微管稳定剂缓释体增强脊髓固有束接力促进脊髓损伤的功能恢复

The direct signal conduction of axons is interrupted post spinal cord injury (SCI). Interestingly supraspinal tract can sprout and connect with propriospinal neurons nearby then new synapses and improved function of spinal cord can be observed. This phenomenon is called propriospinal relay. We propose here the enhanced propriospinal relay can increase the recovery of spinal cord injury.The Taxol is found to improve the functional recovery after spinal cord injury. Taxol is a antineoplastic drug and can stabilize microtubules. Microtubule stabilization can maintain the structure of axons and form regenerative growth cones so as to start axonal regeneration. Meanwhile the microtubules stabilization can suppress the glia scar formation. Microtubules stabilization is a new route to promote the axonal regeneration. Taxol has a narrow window of drug concentration for axonal regeneration, and a controlled release system is used to deliver taxol. This controlled release system includes functionalized RADA-FGL self-assembling peptide nanofiber hydrogel. RADA-FGL also serves as a scaffold to induce the axonal extension. Under these manipulations, more axons will be reserved, and the sprouting of axons will increase, and there will be more newly formed synapses between the supraspinal tract and propriospinal neurons, and more propriospinal tract-motor nurons connection. Eventually the input from the brain will be transferred downward through a rewiring pathway- propriospinal relay.

脊髓损伤后的直接的神经信号传递途径被阻断，但是脊髓上神经束可以发出侧枝，和附近的脊髓固有神经元形成新突触连接，通过脊髓固有束接力传递神经信号，这被称为脊髓固有束接力的新理论。脊髓固有神经元数量更多，固有束轴突再生能力更强，是良好的干预靶点。本课题拟通过增强脊髓固有束接力来促进脊髓损伤后的功能恢复。近来发现临床常用的抗肿瘤药物微管稳定剂紫杉醇具有促进脊髓损伤后功能恢复的作用，紫杉醇通过不同于传统的促进轴突再生的新途径- - 稳定微管促进轴突再生，还能抑制胶质瘢痕。紫杉醇促进轴突再生的有效浓度范围较窄，需要稳定持续长期释放，药物缓释材料能起到这个作用。我们选用自行研制的RADA-FGL 多肽凝胶为缓释材料，同时RADA-FGL 多肽凝胶本身也具有促轴突再生和减少胶质瘢痕或空洞的作用。紫杉醇和RADA-FGL 多肽凝胶组成缓释体，并且有协同作用，共同促进脊髓固有束接力。

研究背景：传统抗肿瘤药物紫杉醇可以通过稳定微管促进轴突生长，同时抑制瘢痕并增强脊髓损伤后的运动功能恢复。然而血药渗透障碍及狭窄的有效治疗窗造成了用药局限性。脊髓固有束接力理论的提出为脊髓损伤治疗开创了新思路。脊髓损伤后皮质脊髓束发出的侧支与脊髓固有神经元形成突触，建立新的神经传导通路，实现损伤后的功能恢复。有赖于固有束更强的再生能力，其靶点干预具有广阔的治疗前景。.研究内容：构建自组装多肽缓释体系RADAmix-Taxol，研究其药物控释规律；观察微管稳定剂对在体外培养的神经元、胶质细胞损伤的作用；建立SD大鼠脊髓挫伤模型；研究药物缓释体系对脊髓损伤的修复效果；探索微管稳定剂是否可以增强脊髓固有束接力。.研究结果：本研究通过将RADA16及RADA-FGL多肽分子以1:1比例混合，加入稀释的紫杉醇溶液超声混匀后成功构建出自组装多肽缓释体系。经检测，1% FGLmx/Taxol可作为理想的缓释体系。体外实验结果表明，紫杉醇可以抑制胶质细胞生长，同时低浓度紫杉醇（5nM）可以通过微管稳定作用促进轴突再生，该效果可被微管解聚剂抵消。课题组成功构建出大鼠脊髓挫伤模型，并验证了自组装多肽缓释体系促进大鼠脊髓损伤修复的效果。术后8周组织学检测显示，RADAmix-Taxol治疗组损伤区空洞大小（2.8±0.3 mm2）相较于对照组（5.5±0.6 mm2）明显减小。同时RADAmix-Taxol可以抑制轴突脱髓鞘病变，并减轻损伤区炎症反应。RADAmix-Taxol可以抑制损伤区瘢痕形成，并促进轴突生长穿越损伤中心。RADAmix-Taxol治疗可改善大鼠的下肢运动功能。术后8周，RADAmix-Taxol治疗组大鼠下肢运动BBB评分可达13±1.1分，相比下对照组11±0.9分。然而在脊髓固有束接力研究中，由于示踪原因未能检测出固有束改变，后续仍在探索中。.科学意义：本项目验证了RADA-FGL多肽材料药物缓释的可行性，结合传统抗肿瘤用药紫杉醇在脊髓损伤中的研究应用，具有很好的临床转化意义。就脊髓固有束接力的研究尚未达到预期的效果，但这也激励我们进行下一步深层次探索，为脊髓损伤治疗提供新途径上的理论可行性。