让修复脊髓损伤不再是梦

2019-12-05 05:24:53 来源: 庆阳信息港

由于交通事故、外伤、塌方、自然灾害等原因导致的脊髓损伤(SCI)也称截瘫,可导致神经细胞的缺失,破坏神经传导,进而引起许多组织、器官功能障碍,是常见的一种致残、致死性疾病。脊髓损伤不仅会给患者本人带来身体和心理的严重伤害,还会对整个社会造成巨大的经济负担,严重影响人们的生活质量。针对脊髓损伤的预防、治疗和康复已成为当今医学界的一大课题。

2016年第1期《前沿科学》杂志刊发了首都医科大学和北京航空航天大学双聘教授李晓光等人的论文《NT3-壳聚糖支架诱导内源性神经发生修复脊髓损伤》,证明生物材料系统可以激活成年哺乳动物中枢神经系统(CNS)内源性神经发生,并促进其迁移和向神经元定向分化。同时,这些新生神经元能够与宿主建立功能性神经网络,终导致功能恢复,这为脑和脊髓损伤的治疗提供了新的策略和希望。

研究发现,脊髓损伤后发生一系列病理过程,包括血管系统崩解、水肿、免疫细胞浸润、剧烈的炎症反应、创伤愈合过程的起始、神经胶质增生/胶质瘢痕形成、细胞死亡、脱髓鞘等,以及激活的内源性神经干细胞/神经前体细胞(NPC)尝试参与神经修复。通常,长期激活小胶质细胞、淋巴细胞和巨噬细胞等免疫细胞可致神经系统继发性病变(即二次损伤),导致受损局部微环境特别恶劣,阻碍了中枢神经系统的轴突再生。

李晓光告诉记者,医学界普遍认为,神经干细胞存在于成熟中枢神经系统的多个区域,如海马室周、齿状回及脊髓的中央管等部位。中枢神经系统损伤常常导致神经元丢失。尽管在某种程度上损伤可能会激发极少数新的神经元产生,但损伤区的炎性环境不利于新生神经元的存活。相反,激活的内源性神经干/祖细胞绝大部分分化为星形胶质细胞参与胶质瘢痕的形成。研究人员探究了多种促进有效神经发生的方法,然而,所有这些研究只集中在脑损伤方面,几乎没有激活内源性神经干细胞修复脊髓损伤方面的研究。

李晓光及其团队研究证明,体外神经营养素-3(NT3)可通过激活TrkC受体促进神经干细胞的增殖,并提高向神经元的分化比例。NT3还可促进体内包括皮质脊髓束在内的脊髓轴突长距离生长。

李晓光说:“我们团队研发的载有NT3-壳聚糖支架材料,在生理状态下缓慢释放NT3长达14周。”为了创造一个的微环境来激活内源性的神经发生,李晓光团队通过将成年大鼠脊髓胸段完全切断并去除5毫米,将载有NT3的壳聚糖支架材料移植到损伤区,随后研究人员检测到损伤区内有新生的神经元并与宿主建立了功能性的神经网络,截瘫大鼠后肢感觉和运动功能都有一定的恢复。将新生脊髓组织用于转录组分析,可采用WGCNA 方法建立脊髓损伤后不同时空各类事件相应的基因模块/程序。利用这些指标,进一步确定了脊髓损伤后NT3-壳聚糖支架材料可大大激活内源性神经发生,同时促进血管发生并降低了炎症反应的功能。

李晓光介绍,通过动物实验证明,利用NT3-壳聚糖支架改善脊髓损伤后局部微环境/抑制炎症等免疫反应,促进血管发生,大量激活内源性神经干/祖细胞,并吸引其迁移至损伤区,分化为成熟的功能性神经元,还能与宿主脊髓组织建立起功能性的神经网络,终导致截瘫大鼠后肢感觉和运动功能的恢复。

脑和脊髓损伤修复和功能重建,是国际上尚未解决的重大医学难题。而李晓光研究团队利用生物材料系统激活内源性神经发生,既不涉及伦理学问题,也不会引起免疫排斥反应。一旦临床应用治疗有效,将改善截瘫患者部分或全部的功能,提高病患的生活质量,减轻病患家庭的经济负担。此外,脑和脊髓损伤修复的生物材料及其技术也可以形成生物医药领域新的支柱产业,产生巨大的国内、国际市场需求。该成果的成功产业化和推广,将对康复医学产业和高新医用生物材料产业形成的辐射和带动作用。

论文推荐人、中国工程院院士俞梦孙及中科院力学研究所研究员陶祖莱一致认为,李晓光及其研究团队的工作利用生物活性材料激活成年动物内源性神经干细胞,诱导其分化成功能性的神经元并与宿主脊髓重建功能性的神经环路,达到了脊髓损伤修复的目的。这项研究标志着脊髓截瘫临床治疗方面的重要突破,其社会、经济效益和历史意义不可估量。

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