体外构建人工神经网络支架治疗脊髓损伤实验研究

脊髓损伤是一种难治性的中枢神经系统疾病，其发病率呈一逐年上升趋势。多年的研究表明，单一的治疗手段并不能够有效的治疗脊髓损伤。本研究采用雪旺细胞和神经干细胞联合培养技术，将两种细胞分别种植能缓释释放神经营养素-3的多通道圆柱体壳聚糖材料中，利用材料缓慢长效释放的神经营养素-3及其内雪旺细胞的作用下，促进材料内的神经干细胞大量分化为神经元，并且其分化的神经元及其突起间利用材料多空疏松的特性，互相建立细胞连接，合成及分泌神经递质，在材料内广泛形成突触及髓鞘结构，构建出具有功能的人工神经网络支架，再将这种支架移植入脊髓损伤处。探讨具有功能的人工神经网络支架移植保护受损伤的脊髓中枢神经元、促进再生神经纤维髓鞘形成以及恢复脊髓自主运动的作用；同时，观察支架内已分化的神经元在损伤脊髓内参与并重建神经网络情况，并探讨其促进脊髓损伤后功能恢复的机制,为临床治疗急性脊髓损伤提供应用基础研究依据。

脊髓损伤是一种难治性疾病，其会导致神经元的轴突脱髓鞘，损伤平面以下的感觉和运动功能的丧失，甚至会导致神经元的死亡。联合生物材料和神经营养因子已成为治疗脊髓损伤的新策略。本研究利用可降级的生物导管材料PLGA和神经营养素-3，在体外先构建能缓释释放神经营养素-3的生物材料体系。经检测，具有活性的神经营养素-3能缓慢及稳定的释放达4周之久。原代培养神经干细胞和雪旺细胞，并将两种细胞种植入构建的缓释释放神经营养素-3生物材料体系中，并体外培养14天。发现神经干细胞大量分化为神经元，其比例可达80%，运用免疫荧光双标和电镜检测其突触的形成，发现这些分化的神经元利用材料的天然孔隙，相互形成突触结构，利用荧光染料FM1-43和FM4-64标记突触小泡，发现在外界的刺激下，这些突触结构能释放突触小泡。同时，免疫荧光双标和电镜结果也揭示，分化的神经元能和共移植的雪旺细胞形成了髓鞘结构。提示我们在体外成功构建了具有功能的人工神经网络导管材料。将这种材料移植入全横断脊髓损伤的大鼠体内，2个月后，行为学和电生理实验结果表明，与对照组相比，实验组后肢运动功能有了显著的改善。免疫荧光结果提示在损伤区，仍然有大量分化的神经元继续存活。免疫荧光和电镜结果提示，除了在损伤区继续保持神经网络状态外，还发现其能促进宿主神经元的存活，并从材料中迁移至宿主区，重新和宿主的神经元建立突触连接，为其后肢运动功能恢复奠定了解剖学基础。这些实验结果为临床治疗脊髓损伤提供了可靠的实验基础，为治疗脊髓损伤提供了一种潜在的治疗策略。