血浆支架-干细胞组织工程对卒中后脑组织缺损修复作用及机制研究

Stroke is the leading causes of disability in the whole world, due to stroke-induced neuronal cell death, which eventually form a cavity. Yet, widely effective treatments for stroke remain elusive. Recent studies show that neural stem cell (NSC) transplantation for stroke treatment yielded encouraging results, which, however, are predominantly focused acute stroke. Regeneration of brain cavity in the chronic phase after stroke may become possible through a tissue engineering approach. Nevertheless, the key issues of this approach including optimization of seed cell sources, cell-scaffold material and the approaches to enhance brain function remain unknown. In our previous study we found that transplantation of NSCs with Matrigel scaffolding resulted in improved histologic and behavioral outcome. For further clinical transformation application, in this proposal we will generate gel-like scaffold from plasma after adding blood coagulation substances and use bone marrow stromal cells (BMSCs) as seed cells to rebuild damaged brain after ischemic stroke. Then, we will compare BMSCs with NSCs or EPSCs for the capacity of tissue engineering-based brain repair after ischemic stroke. Next, we will determine the effect of tissue engineering in combination of BMSC, NSC and EPSC on functional outcome after stroke. Finally, we will investigate the molecular mechanisms underlying restoring brain functions after tissue engineering using triple immunostaining, whole cell patch-clamp and anterograde tract tracing techniques.

脑卒中是国内外首位致残原因，至今缺乏有效治疗手段。虽然神经干细胞移植对脑卒中治疗取得令人鼓舞的效果，但目前研究都是针对急性脑卒中；细胞与组织工程学的兴起，为重建脑组织缺损根治脑卒中后遗症带来希望。问题是，脑组织重建工程面临种子细胞来源选择、细胞优化-支架材料以及如何提高重建脑组织功能等一系列关键问题。我们前期研究发现以神经干细胞（NSCs）和人工基质为支架的脑组织工程技术能减少脑梗死体积，改善运动功能。为进一步临床转化应用，本课题采用同源血清构建组织工程胶样脑组织支架物，并用骨髓间充质细胞（BMSCs）作为种子细胞来重建大鼠缺血性脑卒中后的脑组织缺损；比较BMSCs、NSCs和血管内皮的内皮祖细胞为种子细胞的组织工程技术效果；研究多种干细胞联合移植为基础的组织工程重建技术可行性与效果；并采用三重免疫标记、膜片钳和传导束跟踪等技术研究干细胞组织工程技术恢复神经功能的细胞分子机制

脑卒中是世界上致死致残的最主要原因之一，其绝大多数幸存者残留不同程度的神经功能障碍。脑梗死后形成的软化灶或脑出血后中风囊造成的脑组织缺损，导致相关神经功能长期甚至永久缺失，是临床康复治疗效果不佳的根本原因。虽然神经干细胞移植对急性脑卒中治疗取得巨大成绩，但在脑卒中后遗症治疗方面尚未有研究；细胞与组织工程技术为重建脑组织缺损根治脑卒中后遗症带来希望。但脑组织重建工程面临种子细胞来源选择、细胞及支架材料的优化、以及如何提高重建脑组织功能等一系列关键问题。我们的前期研究发现，神经干细胞联合人工基质支架移植能减少脑梗死体积并改善运动功能。为进一步临床转化和应用，本课题应用同源血浆构建组织工程胶状脑组织支架并对其进行优化，联合不同种子干细胞移植治疗缺血性脑卒中大鼠，并比较不同干细胞在重建缺损区脑组织的效果，研究发现：1) 氯化钙浓度在2-25 mM，血浆比例 10-30%的支架最适合BMSCs和NSCs生长；2）干细胞-血浆支架物组能显著提高认知功能并改善行为学能力；3）干细胞血浆支架物植入组细胞成活率明显高于单独细胞或细胞培养基移植组，且支架组的梗死体积有明显的减少；4）早期脑出血模型神经干细胞移植后可提高保护性T细胞和抗炎因子的分泌，同时减少有害T细胞和促炎因子分泌来保护神经功能。以上结果为治疗脑卒中后遗症开辟了一条新的途径。