细胞外基质促进神经干细胞扩增及定向分化胆碱能神经元的研究

Neural stem cells could differentiate into cholinergic neurons, secreting acetylcholine and play a corresponding function, is one of the most promising strategies for the treatment of Alzheimer’s disease. Imitating the microenvironment of neural stem cells in vitro is to analyze the mechanism of survival and development of neural stem cells, and is one of the best ways to promote the proliferation and differentiation of neural stem cells. The extracellular matrix, a kind of natural cell growth microenvironment, plays a significant role in the regulations of stem cell phenotype and functions, and the morphology, structure and component can be modified. Here, we aim to fabricate mouse embryonic fibroblast-derived extracellular matrix as a cell culture carrier to mimic the neuronal niche, promoting the proliferation and improve the efficiency of differentiation into cholinergic neurons. The effects of extracellular matrix on the neural stem cells adhesion, proliferation and differentiation into cholinergic neurons will be addressed. The present research will demonstrate the effects of extracellular matrix as a neural niche, which improves the efficiency of proliferation and differentiation and provides new methods and strategies for extracellular matrix combined with neural stem cells in the clinical treatment of Alzheimer’s disease.

神经干细胞定向分化为胆碱能神经元、分泌乙酰胆碱及发挥相应功能，是治疗阿尔茨海默病最具前景的策略之一。模拟神经干细胞生长微环境，解析神经干细胞生存、分化和发育机理，是促进神经干细胞体外扩增和定向分化的有效手段。细胞外基质是一类天然的形貌、结构与组分可控的适宜细胞生长支架材料，对干细胞增殖和分化起着重要的调控作用。本项目聚焦于如何促进神经干细胞扩增及提高定向分化为胆碱能神经元效率的关键科学问题，拟调控体外小鼠胚胎成纤维细胞基质蛋白表达，并利用细胞来源细胞外基质作为培养载体，模拟神经干细胞生长微环境，研究其对神经干细胞粘附、增殖及定向分化胆碱能神经元效率的影响，并与阿尔茨海默病理细胞模型共培养，进一步验证其生物学效应。本项目将评估细胞外基质作为神经干细胞培养载体的优势，以提高神经干细胞定向分化效率，为细胞外基质联合神经干细胞应用于阿尔茨海默病临床细胞替代治疗提供新的方法和策略。

阿尔茨海默病是老年人群最常见的中枢神经系统退行性疾病，其主要临床症状表现在淀粉样蛋白沉积形成老年斑块造成胆碱能神经元死亡，进而引发基底前脑乙酰胆碱水平降低。神经干细胞定向分化为胆碱能神经元、分泌乙酰胆碱，是细胞替代治疗阿尔茨海默病最具前景的策略之一。调控生长微环境可有效促进神经干细胞迁移与增殖并提高定向分化效率。细胞外基质是一种天然细胞生长微环境，由细胞分泌多种生物活性分子构成，为调控细胞的存活、迁移、增殖和分化提供了物质基础。另一方面，外泌体是一类具有双层生物膜结构的纳米囊泡，运输多种生物活性成分，在细胞间物质交换和信息传递中发挥重要作用。本项目获得了培养来源细胞外基质并制备了富集硫酸乙酰肝素糖蛋白的细胞外基质以及靶向外泌体-细胞外基质复合材料体系。培养来源细胞外基质具有丰富的蛋白质组分、适宜的亲水性和表面微纳级拓扑结构，为表面生长的神经干细胞提供了理想的粘附载体，可促进神经干细胞体外扩增，并提高定向分化为基底前脑神经元的效率，释放乙酰胆碱的水平也得到有效提升。富集硫酸乙酰肝素糖蛋白的细胞外基质能够有效提高其携带碱性成纤维细胞生长因子水平，促进神经干细胞增殖与分化能力。靶向外泌体可有效富集至细胞外基质表面，外泌体-细胞外基质复合材料体系可通过其表面外泌体携带的生物活性物质调控表面生长神经干细胞的多种生物学行为与功能。本项目构建了表达瑞典家族突变型淀粉样前体蛋白基因的病理细胞模型，高表达淀粉样蛋白的特性可用于体外模拟阿尔茨海默病理微环境。利用三维培养体系获得干细胞来源外泌体，验证了不同培养维度对外泌体内含物调控作用，探讨三维培养来源外泌体对阿尔茨海默病理细胞和转基因病理小鼠淀粉样蛋白沉积影响，以及对小鼠记忆与空间认知的改善作用。本项目的实施为细胞外基质联合神经干细胞应用于阿尔茨海默病细胞替代治疗提供新策略，为实现基于生物材料的无材料治疗和基于干细胞的无细胞治疗提供新思路。