脑损伤局部移植NSCs功能修复的神经电生理机制研究

Neural stem cells (neural stem cells, NSCs) transplantation in the treatment of traumatic brain injury is a very promising subject. The current domestic and international research mainly focused on animal behavior and pathological evaluation analysis, but almost no direct evaluation of the functional aspects of the implanted cells. Confirmation of function of the implanted NSCs replacing the missing nerve tissue in vivo will be the most powerful evidence on the effectiveness of therapy. This study aimed at the functional evaluation of NSCs transplanted in animal model of unilateral upper extremity motor and sensory cortex area damage in vivo. Manganese ion, directly reflect the excitability of nerve cells, would be applied to display the excitatory cortex area of brain in rats when performing the task of Contralateral upper extremity. This cortex area would be verified by electrophysiological methods in vivo, and even the nerve pathways identified by manganese ions enhanced MRI technology. The cortex neurons discharge would be observed and further verified by patch-clamp technique in vitro. So the the mechanisms of NSCs locally transplantation improve neurological function in traumatic brain injury would be provided for further research.

神经干细胞(neural stem cells, NSCs)移植治疗外伤性脑损伤是一个非常有前景的课题。而目前国内外研究多集中于动物行为学评价及病理组织分析，并无植入细胞功能方面的直接评价。如果能够活体检查证实植入的NSCs替代损伤缺失神经组织的功能将成为该疗法有效性的最有力证据。本实验拟在单侧上肢运动感觉区损伤动物模型损伤局部给予NSCs移植治疗，执行损伤对侧上肢运动任务时，采用锰离子功能磁共振成像实时显示活动的神经元甚至神经传导通路；结合活体电生理检测与大鼠行为学检测评估这些细胞的功能；应用膜片钳技术在离体情况下进一步验证这些细胞的功能。从而揭示NSCs在外伤性脑损伤局部移植改善神经功能的具体机制。

创伤性脑损伤(Traumatic brain injury，TBI)是一种复杂的病症，是导致全球发病率和残疾率的主要原因之一，造成相当大的社会经济负担。迄今为止的几种治疗选择包括高压氧治疗、无创脑刺激及行为疗法都无法重建所失去的神经功能。外源性干细胞移植已被证明能增加内源性细胞增殖和促进大脑的损伤区神经分化。如何有效检测其具体改善机制为移植细胞替代损伤缺失细胞功能，还是神经功能转移由原有其他部位皮层替代，目前是一个难题。本实验在给TBI大鼠移植采大鼠神经干细胞(neural stem cells, NSCs)后，静脉缓慢泵入定量的MnCl2•4H2O (Sigma)，采用锰增强磁共振成像（Manganese-enhanced magnetic resonance imaging, ME-MRI）检测在急性颅脑损伤大鼠NSCs植入后在体内的神经活性。使用这种方法验证神经干细胞移植后创伤性脑损伤大鼠损伤灶的神经功能恢复情况，并结合组织学、行为学评估共同验证这些神经细胞的功能。在大鼠神经干细胞移植后2周，观察到ME-MRI中移植实验组大鼠损伤修复灶区域的信号明增强，而移植对照组，单纯损伤组合空白对照组的大鼠损伤灶信号无明显增强。这些信号表明，ME-MRI可以检测局部神经元的活动，这是由植入的NSCs从注射部位迁移后形成的。这次研究我们通过应用ME-MRI初步验证了移植入大鼠的NSCs神经活性以及其在TBI大鼠参与损伤灶修复的情况，为进一步体内验证NSCs神经活性的临床前研究打下基础。