基于壳-核结构的PFTBA-雪旺细胞氧供神经修复系统的建立及应用

Local hypoxia results in high rate of cell death in the early stage of peripheral nerve injury, which has been a big challenge in the field of nerve tissue engineering. In our previous study, we have found that PFTBA is capable of providing short term of oxygen supply to Schwann cells (SCs) and counteracting the detrimental effect of hypoxia on SCs in the early stage of nerve injury. However, the quick release manner of oxygen in PFTBA compromised their ability in counteracting hypoxia in a long term, which significantly limits their application in peripheral nerve injury. Therefore, the present study proposed a novel concept of using “core-shell” structure to release oxygen for implanted cells in a long-term fashion. The co-axial electrospinning technique was employed to fabricate a “core-shell-PFTBA-SCs- electrospun fiber system” , which held the potential prolong the time course of oxygen release. The system was then used to repair peripheral nerve injury in animal models. The present study proposed a novel concept of providing oxygen in a long term using a system with core-shell structure, and established a “core-shell-PFTBA-SCs- electrospun fiber system” to overcome hypoxia in the field of nerve injury. In addition, the present study also holds promise for regeneration of aerobic tissue.

神经损伤早期，局部缺氧环境导致移植细胞死亡率高，是神经组织工程亟待解决的关键问题。我们前期已证明，携氧材料全氟三丁胺（PFTBA）能够在移植早期为雪旺细胞（Schwann cells，SCs）短期供氧，发挥其活性。然而，PFTBA释氧时程短，无法长期对抗缺氧环境对SCs的损伤，也限制了其在周围神经损伤修复中的应用。因此，本项目提出“壳-核结构长效释氧”的新理念，拟应用同轴静电纺丝技术构建“具有壳-核结构的PFTBA-SCs神经修复系统”，延长PFTBA支架的释氧时间，控制该系统释氧过程；在此基础上，评估该长效释氧系统对抗缺氧的效能，并在动物模型中明确其神经损伤修复效果。本项目的意义在于：以神经损伤早期缺氧为突破口，提出“壳-核结构长效释氧”的新理念，构建基于“壳-核结构”的新型长效释氧体系，为神经组织工程相关研究解决缺氧难题提供了新思路，同时也为其他需氧组织的再生修复提供了新的解决方案。

背景：周围神经损伤是临床上最常见的损伤之一。随着人工组织工程化神经修复技术的进展，基于功能性支持细胞的活性组织工程神经支架对神经的修复及功能重建具有很高价值。然而，随着研究的深入，学者们发现，当无血管移植支架植入体内时，其内部已经处于缺氧状态，加之局部损伤造成的缺血，神经支架移植区域严重缺氧，影响支架中移植细胞的活性和功能。我们前期已证明，携氧材料全氟三丁胺（PFTBA）能够在移植早期为雪旺细胞（Schwann cells，SCs）短期供氧，发挥其活性。然而，PFTBA释氧时程短，无法长期对抗缺氧环境对SCs的损伤，也限制了其在周围神经损伤修复中的应用。.研究内容：本项目提出“壳-核结构长效释氧”的新理念，应用同轴静电纺丝技术构建“具有壳-核结构的PFTBA-SCs神经修复系统”，延长PFTBA支架的释氧时间，控制该系统释氧过程；在此基础上，评估该长效释氧系统对抗缺氧的效能，并在动物模型中明确其神经损伤修复效果。.重要结果：我们应用该系统制备薄膜，在体外发现了PFTBA壳-核结构可以有效的抵抗低氧环境，为雪旺细胞提供必需的氧分，促进其存活、增殖、粘附，减少凋亡或坏死细胞的数目。我们通过体内实验，发现PFTBA壳-核结构构建的神经导管能够为植入体内的雪旺细胞提供约144h的氧气供给，在血管长入组织前为细胞供氧，并发现具有细胞活性的神经支架能够促进神经的再生和功能恢复。.科学意义：以神经损伤早期缺氧为突破口，提出“壳-核结构长效释氧”的新理念，构建基于“壳-核结构”的新型长效释氧体系，为神经组织工程相关研究解决缺氧难题提供了新思路，同时也为其他需氧组织的再生修复提供了新的解决方案。