脊髓损伤早期治疗中磁纳米膜修复材料的靶向定位研究

Successful membrane resealing after spinal cord trauma without delay can significantly improve the prognosis. Preliminary study has shown that compensation for injury potential by direct current stimulation can effectively prevent influx of cations and maintain the ionic balance between intra- and extracellular space and prolong the effective time of treatment, in which the injured membrane is assumed to be resealed by magnetic membrane repair nanomaterial in this project. In order to improve the retention rate of membrane repair material at injury site and thus inhibit the secondary injury more effectively, a site directed magnetic membrane repair nanomaterial targeting system will also be constructed. The relationship between concentration of magnetic membrane repair nanomaterial and effect of repair will be investigated in vitro, with the aim of seeking out the optimal concentration at the injury site. In animal experiment, the concentration of magnetic membrane repair nanomaterial at injury site will be detected to evaluate the effect of the site-directed system and to seek out the dose and time used to achieve the optimal concentration. Then compensation for injury potential and site-directed magnetic membrane repair nanomaterial targeting will be combined in animal experiment to treat acute spinal cord trauma. The long term effect of this kind of therapy will be evaluated. The toxicity of magnetic membrane repair nanomaterial will also be investigated. Finally, the theoretical bases of clinical use of site-directed magnetic membrane repair nanomaterial targeting for acute spinal cord trauma will be established through the study of this project.

脊髓损伤后及时且有效的早期修复可以极大改善患者的预后。前期实验表明直流电刺激补偿损伤电位可有效阻止损伤后阳离子内流，维持细胞膜内外离子平衡，从而延长有效治疗时间窗口。本项目拟在该时间窗口内利用磁纳米膜修复材料将受损伤的细胞膜缝合,并通过构建靶向定位系统，解决损伤处膜修复材料滞留率低的问题，更好的抑制继发性损伤。离体实验中利用诱发电位研究膜修复材料浓度与损伤修复程度的关系，找到修复效果最好时的损伤处最佳浓度。动物实验中在体检测损伤处膜修复材料浓度，验证靶向定位效果，确定可达到损伤处最佳浓度的注射剂量与时间；采用损伤电位补偿结合磁纳米膜修复材料靶向定位的方法治疗实验动物脊髓损伤，评价其远期治疗效果及磁纳米膜修复材料的毒性。最终通过本项目研究为用于脊髓损伤早期治疗的磁纳米膜修复材料及其靶向定位系统的未来临床应用提供理论基础。

脊髓损伤后及时且有效的早期修复可以极大改善患者的预后，以聚乙二醇为代表的膜修复材料近年来成为一种有效的早期损伤修复手段，但是聚乙二醇高浓度、高粘度的特点难以实现静脉注射，其在损伤处聚集的能力也非常有限。本项目将传统膜修复材料改造为内含磁纳米颗粒的磁性微球，并构建基于永磁磁体的体外磁靶向定位系统，可在有效降低药物浓度和粘度的同时解决损伤处膜修复材料浓度低的问题，更好地抑制继发性损伤。主要研究内容包括磁纳米膜修复材料靶向定位系统研制、磁纳米膜修复材料对细胞膜的修复效果研究、靶向定位系统对磁纳米膜修复材料的聚集作用研究以及损伤电位补偿结合膜修复材料的修复效果四个方面的内容。本项目首先通过有限元仿真的方法设计了一种C型永磁磁体，并在磁体内部固定铁磁性探针，用来提高局部磁场梯度，由仿真结果出发制作了磁靶向定位系统。通过实际磁场测量方法验证了铁磁性探针尖端高场强和高磁场梯度的特性，通过体外模拟实验验证了磁纳米颗粒在铁磁性探针尖端具有较高的滞留率，适用于脊髓损伤这种聚焦靶点较小的实际情况。搭建了离体脊髓实验平台利用诱发电位研究磁纳米膜修复材料结合外加磁场对脊髓损伤的修复效果，并与传统的膜修复材料聚乙二醇的修复效果进行对比，结果表明磁纳米膜修复材料结合靶向磁体的修复方法优于聚乙二醇的修复效果，且药物浓度和粘度均低于聚乙二醇。在体实验中，对注射磁纳米膜修复材料的脊髓损伤大鼠进行磁共振成像，结果表明使用磁靶向定位系统后大鼠脊髓内部的膜修复材料含量高于不使用靶向定位系统的大鼠。在膜修复材料结合外加直流电场促进脊髓损伤修复在体实验中也证明该方法治疗效果优于单一治疗方法。本项目研究为磁纳米膜修复材料及其靶向定位系统未来在脊髓损伤早期治疗领域的临床应用提供了理论基础。