调控雪旺细胞定向迁移的新方法：“磁控定向力引导系统”的建立及力学机制研究

Schwann cells (SCs) have been promising candidates for spinal cord injury repair for its unique myelination properties. The glial scar in the injury area results in decreased migratory properties of SCs, which makes SCs fail to penetrate the glial scar at the dorsal end of the injury site. Directed migration of SCs to the dorsal site holds the potential to facilitate penetration of SCs through the glial scar at the dorsal end, thus promoting the outcome of spinal cord injury repair. Thus far, no strategy has been successfully established to direct SCs migration. The present study was designed to apply directional magnetic force on SCs through magnetic force on magnetic nanoparticles. Our preliminary study revealed that such a system is capable of promoting directed SCs migration. In addition, Atomic force microscopy was used to analyze the mechanical properties of SCs under the direction of magnetic force, and the effect of directed SCs migration on scar and nerve regeneration was also identified in in vivo and in vitro studies. The present study is promising in regulating directional migration of SCs, and provides new therapeutic strategies for spinal cord injury.

雪旺细胞(Schwann cells, SCs)具有独特的成髓鞘能力，一直是脊髓损伤治疗研究的重点。但移植到损伤局部的SCs迁移能力下降，无法突破损伤区尾端的胶质瘢痕，不能引导轴突向尾端长入。实现SCs向尾端定向迁移，有望使其高效突破胶质瘢痕，提高脊髓损伤修复效果。目前尚无在体调控SCs定向迁移的有效方法。本研究拟让SCs吞噬超顺磁性纳米颗粒(superparamagnetic iron oxide，SPIOs)，通过定向磁场对SPIOs的磁场力对SCs施加胞内定向力刺激，调控雪旺细胞定向迁移，建立“磁控定向力引导系统”。预实验已证实该方案的可行性。此外，通过原子力显微镜分析细胞及细胞骨架的力学特性，建立“胞内磁力-细胞力学特性作用关系”的理论体系。在体内、外模型中，明确磁力控制的SCs定向迁移对神经功能恢复的影响。本研究为调控SCs定向迁移提供了新方法，有望为脊髓损伤细胞治疗提供新策略。

脊髓损伤往往造成严重后果，患者常常伴随终身的功能障碍，为社会及家庭带来严重的负担。因此促进脊髓损伤后的神经修复，提高功能恢复水平，显得迫切且必要。细胞移植对脊髓损伤后的功能恢复具有显著的作用；而雪旺细胞移植的治疗作用尤其显著。雪旺细胞移植治疗脊髓损伤仍然还有许多缺陷限制了疗效的进一步提高。雪旺细胞移植到中枢神经系统后细胞的迁移能力受到极大限制，雪旺细胞被宿主星形胶质细胞分割包围，雪旺细胞无法与宿主星形胶质细胞混合， 形成明显的细胞边界，星形胶质细胞分泌大量的CSPGs构成了胶质瘢痕的主要成分，移植的雪旺细胞无法实现引导再生神经轴突的修复作用。因此，引导雪旺细胞定向迁移、有序排列，为再生轴突构建良好的再生微环境，另外打破星形胶质细胞分泌的CSPGs对轴突再生的抑制作用具有重要意义。.本项目通过研究筛选出对细胞活性无影响的超顺磁性纳米微粒（SPIONs）的转染浓度，在SPIONs安全浓度（2 微克/毫升）前提下，尝试转染外源性ChABC基因，PCR和Western blot分别证实了外源性ChABC转染成功并表达，另外在体外条件下证实了ChABC磁转染雪旺细胞对于降解CSPGs的有效性。磁控雪旺细胞定向迁移系统建立后，我们发现在星形胶质细胞环境下，ChABC磁转染雪旺细胞在外部磁场作用下，雪旺细胞迁移能力增强，实现了与星形胶质细胞的融合，打破了星形胶质细胞与雪旺细胞之间的细胞边界。在此基础上，我们测试了磁控体系下，ChABC磁转染雪旺细胞在外部磁场作用下能够明显促进神经轴突的生长。我们进一步测试了磁控体系下磁转染雪旺细胞在体内环境下对神经再生的促进作用。我们设计了大鼠15mm坐骨神经缺损，在神经导管内添加ChABC磁转染雪旺细胞，在大鼠体外设计了电磁磁场，手术12周后我们发现，大鼠坐骨神经再生情况明显优于对照组，与自体神经移植组接近，并且坐骨神经损伤后功能恢复情况良好。因此，本项目发现磁控雪旺细胞定向迁移的可行性，并且能够实现在星形胶质细胞环境下迁移能力的增强，以及磁控雪旺细胞在体内及体外环境下对神经再生及功能恢复的促进作用。.本项目发表SCI论文1篇，2篇SCI论文在投，培养硕士研究生1名。