脱细胞基质水凝胶的主要活性成分及生物功能研究

The extracellular matrix (ECM) has achieved very good results as a substitute for tissue repair or cells carrier and has a high clinical translational value, due to the retention of the natural structure and partial active components of natural tissue. However, its deficiencies like instable sources, large differences between the batches, immunogenicity, especially for ECM made from different species and different tissues , ECM components and biological effect are not clear, which limit its application. The former can be solved by strict control of donor source and process standardization; the later need urgently to be solved by systematically analyzing and clarifying its components and the law and mechanism of its biological function. The project will take acellular nerve (spinal cord and peripheral) matrix hydrogel as main raw material, supplemented with fat tissue as control, clarify the components and contents of extracellular matrix hydrogel by histological staining, agarose gel electrophoresis, DNA testing, collagen and polysaccharide test, proteome analysis and other means. In vitro and in vivo, the biological functions of the active factor in the component of extracellular matrix hydrogel will be investigated in detail. The above shall provide scientific basis for the application of ECM hydrogel as implant material or cell carrier.

脱细胞基质（ECM）由于保留了自然组织的天然结构和活性成分，作为组织修复替代品或细胞载体取得了非常好的成效，极具临床转化价值。但由于存在来源不稳定、批次之间差异大、免疫源性等不足，特别是不同种属、不同组织来源的ECM其组份及生物功效尚不明确，限制了它的应用。前者可通过严格控制供体来源和标准化的处理过程来解决，后者急需系统分析并阐明其组份与生物功能的相关性。课题以脱细胞神经（脊髓和外周）基质水凝胶为主要原料，辅以脱细胞脂肪组织为对照，通过组织学染色、凝胶电泳、DNA测试、蛋白组学分析等手段明确水凝胶的组份及含量，通过体内外实验考察这些组份的活性和生物功能，为ECM水凝胶作为植入材料或细胞载体的应用提供科学依据。

通过化学或物理方法将动物组织去除主要细胞成分和免疫原性获得的脱细胞基质材料已成为组织工程和再生医学研究的热点。将脱细胞基质制备成水凝胶后，仍保留原组织的细胞外基质蛋白成分、活性因子和天然的三维结构，相比于人工合成材料和天然的单一成分材料在移植细胞方面更具优势。它们能较好还原组织受损前的微环境，具有促进细胞粘附、增殖和分化的生物活性以及可生物降解的特性，同时其生物功能与修复效果具有组织特异性。..本项目通过对脱细胞外周神经和脊髓基质水凝胶的组织特异性、种属免疫差异性以及生物活性的应用基础研究，阐明了材料组份与生物功能的关系，并通过相分离、电纺、3D打印对这类材料进行深加工，应用于组织损伤修复重建。首先，将脱细胞外周神经基质水凝胶在体外培养背根神经节时，可促进新生轴突的髓鞘化并抑制突触的形成，体现了其周围神经的组织特异性。而脱细胞脊髓基质水凝胶更有利于神经干细胞的存活、增殖和迁移，并且能够促进其神经元向分化。进一步通过转录组学、基质组蛋白分析等多种手段探究了其内在影响因素和可能机制。同时，通过人源化免疫小鼠模型测试，对猪来源和人来源的脱细胞神经材料进行了免疫原性因素分析，明确了酵母半乳糖苷酶抗原蛋白 (α-gal)和组织相容性复合物1 (HMC-1)作为引起免疫排斥反应最为强烈的两种蛋白，引起免疫反应的程度和方向的不同，与两种脱细胞基质内含有免疫原性物质的不同含量有密切联系。.本研究进一步加深了对组织来源脱细胞基质的组成成分、组织特异性、种属差异性和生物功能的理解，阐明了其影响细胞命运的作用，同时也验证了脱细胞基质水凝胶作为转化生物材料在神经组织损伤修复中的巨大潜力。