低强度超声联合诱导性多潜能干细胞促进损伤周围神经修复的研究

神经再生速度及功能恢复缓慢是制约损伤周围神经形态和功能重建的重要因素。本项目在前期利用静电纺丝技术成功制备出力学性能和生物活性均良好的聚己内酯/丝素蛋白纳米纤维支架的基础上，拟构建内层纳米纤维沿轴向平行排列而外层随机排列的神经导管，以人体皮肤成纤维细胞重编程诱导性多潜能干细胞(iPSCs)为种子细胞来源，体外将其诱导分化成神经脊干细胞(iPSCs-NCSCs)，考察低强度超声(LIUS)对iPSCs-NCSCs增殖和向外周神经元/Schwann细胞分化的作用，建立数学模型定量刻画LIUS作用方式和强度对跨神经导管物质输运和应力分布的影响，应用大鼠坐骨神经断裂模型在体评价LIUS作用方式和强度对iPSCs-NCSCs复合神经导管修复坐骨神经断裂的作用，以论证LIUS联合iPSCs可提高周围神经再生速度及功能恢复的假设，并探讨其作用的力学生物学机制，为探寻高效修复损伤周围神经的途径提供新思路。

各种外伤(如压迫、牵伸、撕裂、切断)以及其他因素(如局部缺血、肿瘤)均会造成神经系统部分或全部损伤，甚至导致功能丧失和其他神经性疾病。尽管周围神经损伤的治疗效果随着科技的发展有了明显提高，但离真正的形态和功能重建还相差甚远。神经再生速度及功能恢复缓慢，并造成支配靶器官萎缩、变性及功能障碍是临床治疗的难点。本项目结合周围神经组织工程原理，构建了内层纳米纤维沿轴向平行排列而外层随机排列的神经导管，以诱导性多潜能干细胞源性神经嵴干细胞(induced pluripotent stem cells derived neural crest stem cells, iPSCs-NCSCs)为种子细胞，通过低强度脉冲超声(low intensity pulsed ultrasound, LIPUS)提高周围神经再生速度及功能恢复。(1) 细胞实验证实不同的诱导培养基可使iPSCs-NCSCs向成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞、神经元以及施旺细胞分化。500 mW/cm2的LIPUS可提升iPSCs-NCSCs活性并促进其增殖，促进iPSCs-NCSCs向神经元及施旺细胞分化。(2) 以聚左旋乳酸(poly(L-lactic acid), PLLA)为材料制备组织工程神经导管，利用大鼠坐骨神经断裂模型在体考察了LIPUS联合iPSCs-NCSCs对周围神经损伤修复的作用，发现300 mW/cm2的LIPUS刺激可促进新生血管和神经纤维的形成，提高大鼠坐骨神经损伤的修复质量。(3) 建立了数学模型定量刻画LIPUS作用方式和强度对跨神经导管物质输运和应力分布的影响，发现LIPUS的热效应在周围神经修复中的作用较生物学效应弱。(4) 在基因水平利用高通量测序平台考察了LIPUS刺激对iPSCs-NCSCs基因表达的影响，并通过实时定量PCR对测序结果进行验证，发现500 mW/cm2 LIPUS刺激对iPSCs-NCSCs的基因表达产生了显著性的影响。.本项目从基因水平、细胞水平、动物水平和数值模拟论证了LIPUS联合iPSCs-NCSCs提高周围神经再生速度及功能恢复的可行性，并探讨其作用的力学生物学机制，可为探寻高效修复损伤周围神经的途径提供新思路。