“神经干细胞-复合控释材料”微囊在促进脑出血白质修复中的作用

Transplantation of neural stem cells (NSCs) holds great potential in white matter regeneration after intracerebral hemorrhage (ICH), and also the recovery of patients’ motor functions. However, reactive oxygen species (ROS) in ICH microenvironment result in the apoptosis of grafted NSCs. Meanwhile, the lack of regulators for inducing NSCs into oligodendrocytes (OLs) further hinders the white matter repair and motor function recovery. Our research group has been applying biomaterials in establishing single-cell encapsulation system and already achieved the functions as drug delivery and anti-apoptosis. On the basis, we are about to modify the biomaterials with oxidation-responsive groups and triiodothyronine (T3) loaded. After encapsulation, the “NSCs- responsive biomaterial” microcapsules will be transplanted into the lesion area following the evacuation of hematoma. We hypothesize that the encapsulation complex will pose an “anti-ROS + release” effect: the oxidation-responsive materials will help to lower the ROS level in the microenvironment, thus inhibiting the activation of extrinsic and intrinsic pathways of NSCs apoptosis; also, ROS will trigger the release of T3 to upregulate PI3K/ERKs/TRE pathway in NSCs to induce the differentiation into OLs. Therefore white matter regeneration and motor function recovery are supposed to be realized. This project is providing a novel approach in promoting the survival and oligo differentiation of transplanted NSCs in ICH. It will be of great importance for enhancing white matter regeneration and motor function recovery in the future.

神经干细胞（NSCs）移植对脑出血后白质损伤重建潜力巨大，有望改善患者肢体功能障碍。但脑出血早期病灶中氧自由基可导致移植NSCs的凋亡，而且早期微环境缺乏诱导向少突胶质细胞（OLs）分化的因子，制约白质修复乃至肢体功能障碍的恢复。我们前期利用生物材料对NSCs进行单细胞包被，实现了药物运载及抗凋亡功能。在此基础上，拟对生物材料进行改进，设计氧化反应性控释材料并搭载促分化因子三碘甲状腺氨酸（T3），用以构建“NSCs-复合控释材料”微囊，进而在脑出血早期清除血肿时进行移植。我们提出微囊通过“抗氧化-释放”机制，清除病灶微环境自由基，减少凋亡通路的激活；同时经自由基触发T3释放，激活PI3K/ERKs/TRE通路，诱导NSCs向OLs分化，并最终促进白质重建和肢体功能恢复。本课题为提高脑出血后移植NSCs的存活和定向诱导分化提供了一种新型调控手段，对促进白质重建和提高肢体功能恢复具有重要意义。

一、项目背景：.脑出血白质损伤是引起患者肢体功能障碍的重要因素。当前治疗手段对于白质保护的效果有限，因此患者肢体功能难以有效恢复。神经干细胞移植治疗为白质再生修复带来了可能，但脑出血病灶微环境可使移植神经干细胞发生凋亡及分化抑制。为此，课题组利用单细胞包被技术及控释材料构建“神经干细胞-复合生物材料”微囊，在脑出血早期进行移植，以期改善移植效果。.二、主要研究内容：.1.建立“神经干细胞-复合控释材料”微囊。2.检验微囊早期移植治疗对神经干细胞的保护、白质再生及肢体功能障碍恢复的效果。3.在离体实验中揭示微囊在过氧化环境中保护神经干细胞、促进向少突胶质细胞分化的机制，并验证微囊对白质再生的促进。4.在小鼠脑缺血模型中证实，通过尾静脉注射包被微囊可以靶向运送至颅内病灶，促进血管再生、神经元分化，帮助神经功能恢复。.三、重要结果：.1.氧化反应性基团及复合控释材料（“单宁酸-硼酯基团-三碘甲状腺原氨酸”）合成成功，进一步组合于神经干细胞建立了复合微囊。2.小鼠脑出血病灶氧自由基水平升高，白质纤维明显损伤，小鼠出现运动障碍。进行移植后，微囊促进神经干细胞存活和向少突胶质细胞分化，白质重建和运动功能显著恢复。3.体外培养中观察到微囊激活PI3K/THRA促进向少突胶质细胞分化，而且降低过氧化水平和凋亡通路激活。4.在脑缺血小鼠中，微囊通过尾静脉进入脑缺血灶，实现对血管再生、神经细胞分化及动物神经功能的促进。.四、关键数据：. 电镜、荧光标记实验显示复合微囊包被成功；微囊包被降低了细胞在过氧化微环境下Cleaved-Caspase 3/8的水平；微囊激活了PI3K/THRA途径，提高了约1.5倍的少突胶质细胞分化效率。.五、科学意义：.该细胞工程技术提高了干细胞的治疗效果，为将来在脑出血临床的转化应用提供理论和实践依据；微囊在脑缺血模型中亦显示出良好的靶向和促神经再生效果，展现多种移植途径的可能性，具有临床应用潜力。未来根据不同疾病的特点，有望设计应对不同状况的移植单元，提高治疗效果。