应用缓释材料和干细胞构成神经网络导管的机制及其移植修复损伤脊髓的研究

Upon completion of the project of Guangdong Natural science foundation,this project based on the application containing the release neurotrophin -3 (NT-3) multichannel cylinder gelatin / silk fibroin stent adsorption retinoic acid (RA) pre-induced neural stem cells (NSCs), in vitro functional artificial neural network-like tube, and to study the three-dimensional space under NT-3 signaling pathway by which cell-mediated RA-induced NSCs more pre-to form synapses with the potential to differentiate into neurons. This neural network-like tube and then implanted into animal spinal cord injury at the focus animals were observed after transplantation repair injured spinal cord neural network structure and function, protect damaged neurons and promote regeneration of nerve myelin formation and the restoration of the autonomy of paralyzed limbs movement and other indicators. Eventually developed a way to release NT-3, the structure of highly biomimetic for spinal cord injury repair and can be safely used in the body for further pre-clinical studies and applications of a new functional tissue repair materials and new treatment strategy.

本项目在完成广东省社会发展攻关基金重点引导项目的基础上，应用含有缓释神经营养素-3 (NT-3) 的多通道圆柱体明胶/丝素蛋白导管支架，吸附维甲酸(RA)预诱导的神经干细胞(NSCs)，在体外构建具有功能的人工神经网络样导管，并研究三维空间条件下NT-3通过哪种细胞信号通路介导RA预诱导的NSCs更多地分化为具有形成突触潜能的神经元。再将此神经网络导管移植到动物脊髓损伤处，观察其能否修复受损伤的神经网络，促进受损伤的脊髓功能和结构的修复，研究其保护受损伤神经元，促进再生神经形成髓鞘及恢复瘫痪肢体自主运动的作用。最终通过这种能够缓释NT-3、在结构上高度仿生的并且能安全应用于体内脊髓损伤修复的导管支架，为进一步临床前研究和应用提供一种新型功能化组织修复材料和新的治疗策略

持续的神经营养因子释放是脊髓损伤后细胞存活和神经再生的关键。为了给脊髓损伤提供一种新的治疗策略，本研究分别在体内和体外探索了一种新的NT-3／丝素蛋白涂层明胶海绵支架（NF-GS）的生理效应。使用冷冻干燥技术将NT-3/丝素蛋白混合物固定在明胶海绵支架中，这使得NT-3理论上能够随着丝素蛋白的降解而持续释放。在体外，骨髓间充质干细胞移植到支架中，并检测支架的物理、化学和生理性能。在体内，将NF-GS分别移植到大鼠和犬脊髓损伤处，并检测支架的疗效。体外的28天释放性能检测显示，NF-GS能够产生持续释放NT-3。MSCs在支架中具有更高的细胞活力、良好的细胞分布和形态。在损伤脊髓中，支架在移植后展现出强大的生物相容性。移植4周后，包含损伤／移植区的脊髓组织中，NT-3的浓度达到37.00ng／g，明显高于对照组。由于组织的再生和包绕髓鞘的轴突穿越胶质疤痕的伸长到NF-GS支架中，损伤／移植区的空洞面积显著减小。此外，NF-GS通过减少CD68阳性细胞和TNF-α的量来降低炎症反应。有趣的是在脊髓移植的NF-GS中能够看到一些迁移来的细胞和髓鞘样结构。在犬体内移植了NF-GS后，也观察到相似的结果。这些结果说明NF-GS具有从NT-3/丝素蛋白复合物中控制NT-3释放的能力，从而促进受损伤脊髓的再生。