细胞外基质修饰的组织工程神经移植物修复周围神经缺损的研究

The extracellular matrix (ECM) is a rich meshwork of proteins and proteoglycans, plays a prominent role in establishing and maintaining an ideal microenvironment for tissue regeneration. ECM derived from tissues has been used as biological scaffolds in the fields of tissue engineering. But they may suffer from several drawbacks, including tissue scarcity, pathogen transfer, insufficient mechanical properties, and uncontrollable degradation kinetics. In contrast, cultured cell-derived ECM scaffolds are beginning to attract attention because the former excludes pathogen transfer when cultured and expanded under pathogen-free conditions, and maintains the desired geometry and flexibility when reconstituted with common biomaterials either of synthetic or natural origin. Here we aimed to develop a tissue engineered nerve scaffold by reconstituting bone mesenchymal cell-derived ECM with natural biomaterials, which was used to bridge a 10 mm rat sciatic nerve gap, and observed the regenerative outcomes by morphological analysis as well as electrophysiological examination. In order to systematic reveal the influence and the related mechanism of the ECM-modified tissue engineering nerve graft in nerve regeneration, the gene expression profile chip and microRNA chip technology were used. Moreover, the important components of matrix and their ratio that influence nerve regeneration were obtained by mass spectrometric analysis of extracellular matrix drived from bone mesenchymal cells, Schwann cells or nerve tissue, to provide the basis for the in vitro synthesis and reconstruction the multimerization extracellular matrix scaffold for nerve regeneration.

细胞外基质在建立和维持适宜组织再生的微环境中起着关键作用。各种去细胞组织已被应用于组织工程领域，但面临材料来源，病原体转移，机械性能不足，和不可控的降解动力学等问题。与之相比，细胞来源的细胞外基质经过细胞的无菌扩增培养，排除了材料不足及病原体转移问题，且与组织工程材料相结合获得可控的降解速度和机械性能，成为组织工程的研究热点。本课题以骨髓间充质细胞分泌的细胞外基质与神经支架材料重组，构建细胞外基质修饰的组织工程神经移植物，并用其桥接大鼠坐骨神经缺损观察修复效果，以开发一种新型组织工程神经。通过基因芯片及MicroRNA芯片分析神经损伤及再生过程中的基因表达变化，以期系统的揭示组织工程神经移植物对神经再生能力的影响及相关机制。质谱分析骨髓间充质细胞，施万细胞及正常坐骨神经组织的细胞外基质，获得影响神经再生的重要基质组分及配比，为体外合成及重构适合神经再生的多聚化胞外基质支架材料提供基础。

细胞外基质在建立和维持适宜组织再生的微环境中起着关键作用。各种去细胞组织已被应用于组织工程领域，但面临材料来源，病原体转移，机械性能不足，和不可控的降解动力学等问题。与之相比，细胞来源的细胞外基质经过细胞的无菌扩增培养，排除了材料不足及病原体转移问题，且与组织工程材料相结合获得可控的降解速度和机械性能，成为组织工程的研究热点。.本课题 ① 以骨髓间充质细胞 (BMSCs) 分泌的去细胞基质 (ACM) 与神经支架材料重组构建细胞来源的细胞外基质修饰的组织工程神经移植物 (BMSC-ACM) 并用之桥接修复大鼠及犬长距离周围神经缺损，组织学及功能学结果表明其具有良好的修复效果且与去细胞神经移植物效果相当。② 鉴于细胞不同产生和分泌的细胞外基质成分亦不同；组织不同所含的细胞外基质的成分和比例亦不同，本课题利用质谱分析BMSCs，施万细胞 (SCs)，成纤维细胞 (Fibroblast, FB)，皮肤前体细胞定向分化的施万细胞 (SKP-SCs) 及神经组织的ACM成分，蛋白质组学及多肽组学结果表明BMSCs的基质成分及黏附肽更接近去细胞神经；③ 构建4种细胞分泌的ACM修饰的组织工程神经移植物 (BMSC-ACM，SC-ACM ，SKP-SC-ACM，FB-ACM) 并用于桥接修复神经缺损，形态学及功能学结果表明BMSC-ACM组修复效果最好；④ 取术后14天4种移植物修复的再生神经组织，蛋白质组学及多肽组学分析再生组织中各因子差异以研究不同材料在神经再生过程中机制的异同。结果表明相对于其他组，BMSC-ACM组神经再生相关的因子高表达，而免疫相关因子低表达，说明其更利于神经再生且具有低免疫原性。.综上，BMSC-ACM修复组更利于神经再生且具有低免疫原性，另BMSC来源丰富，便于扩增，可大量生产，更利于临床应用和推广，因此本课题为体外合成符合神经再生的胞外基质支架材料提供理论基础及新思路，为临床修复周围神经长距离缺损提供了新途径。