組織工程化雪旺細(xì)胞修復(fù)脊髓損傷的研究進(jìn)展

1、組織工程化雪旺細(xì)胞修復(fù)脊髓損傷的研究進(jìn)展     【關(guān)鍵詞】  脊髓損傷     脊髓損傷(spinal cord injury,SCI)的治療一直是一個世界性的醫(yī)學(xué)難題，文獻(xiàn)報道脊髓損傷發(fā)病率呈逐年上升的趨勢。隨著對脊髓損傷發(fā)病機(jī)制的深入研究，已經(jīng)在細(xì)胞分子水平對脊髓損傷后病理生理過程有了全新的認(rèn)識，并且已經(jīng)取得了很大的突破。但是神經(jīng)再生效果不理想，尋找新的修復(fù)方法仍然是脊柱外科領(lǐng)域亟待解決的難題。近年來隨著基礎(chǔ)研究的不斷深入，高分子生物材料的出現(xiàn)，利用組織工程修復(fù)神經(jīng)損傷成為可能1，為脊髓損傷治療提供

2、了新的思路。    1  脊髓損傷治療現(xiàn)狀    脊髓損傷后經(jīng)歷原發(fā)性損傷和繼發(fā)性損傷的序貫過程，造成不同程度的神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞的壞死、凋亡，軸突的斷裂、脫髓鞘。脊髓的繼發(fā)性損傷是導(dǎo)致感覺和運(yùn)動功能喪失的主要原因2。SCI后修復(fù)面臨的主要問題是：(1)脊髓空洞、膠質(zhì)瘢痕構(gòu)成阻礙軸突生長的機(jī)械屏障3；(2)原發(fā)和繼發(fā)的神經(jīng)元凋亡，使脊髓缺乏自我修復(fù)能力；(3)神經(jīng)營養(yǎng)因子缺乏4；(4)損傷局部存在抑制軸突再生的因素如Nogo、髓磷脂相關(guān)糖蛋白等5。改善脊髓損傷的微環(huán)境和細(xì)胞移植至脊髓損傷部位是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。針對神經(jīng)元凋亡，人

3、們進(jìn)行了大量的研究進(jìn)行替換或提供新的神經(jīng)元，從而形成新的神經(jīng)環(huán)路治療脊髓損傷。尤其是對神經(jīng)干細(xì)胞、胚胎干細(xì)胞、臍血干細(xì)胞、骨髓基質(zhì)干細(xì)胞等“種子細(xì)胞”的研究較多。    2  組織工程化的雪旺細(xì)胞對脊髓的修復(fù)作用    2.1  基本理論和技術(shù)    所謂組織工程化的SCs，是將體外培養(yǎng)的自體或同種異體SCs以及轉(zhuǎn)染有NTF基因的SCs，應(yīng)用組織工程學(xué)原理和技術(shù)方法接種或填充到生物組織材料或人工合成材料上，并加入多種神經(jīng)營養(yǎng)因子作為種子細(xì)胞生存的環(huán)境，再將其制成有活性的復(fù)合性人工神經(jīng)移

4、植物，通過合適的方法進(jìn)行動物或臨床研究神經(jīng)損傷修復(fù)6。這樣，一方面依托這些材料的支架作用作為SCs長期存活、生長的基質(zhì)，另一方面更有效地發(fā)揮SCs修復(fù)神經(jīng)損傷、促進(jìn)軸突再生的作用，從而提供更有利于神經(jīng)再生的微環(huán)境，獲得更好的修復(fù)效果。    2.2  種子細(xì)胞的選取    雪旺細(xì)胞是周圍神經(jīng)的主要結(jié)構(gòu)和功能細(xì)胞，周圍神經(jīng)再生依賴雪旺細(xì)胞、基質(zhì)(膜)及神經(jīng)生長因子3大主要因素7。理想的人工神經(jīng)是以具有良好生物相容性的可降解高分子聚合物為載體與有活性細(xì)胞(雪旺細(xì)胞等)結(jié)合而成的具有特定三維結(jié)構(gòu)和生物活性的復(fù)合體。SCs功能非?；?/p>

5、躍8，9：(1)可分泌多種神經(jīng)營養(yǎng)因子，包括神經(jīng)生長因子(nerve growth factor，NGF)、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)等10；(2)產(chǎn)生促突起生長因子(neurite-promoting factor，NPF)；(3)釋放軸突誘導(dǎo)因子。以上物質(zhì)具有營養(yǎng)和保護(hù)受損神經(jīng)元、促進(jìn)軸突再生和出芽等作用。其次，雪旺細(xì)胞可以作為再生軸突的機(jī)械性導(dǎo)管樣引導(dǎo)物，支持和引導(dǎo)軸突再生。再次，雪旺細(xì)胞可以抑制膠質(zhì)瘢痕形成，改善損傷脊髓局部微環(huán)境。雪旺細(xì)胞協(xié)助形成神經(jīng)內(nèi)膜，清除細(xì)胞碎片，促進(jìn)軸突髓鞘化11。因此在周圍神經(jīng)組織工程修

6、復(fù)中是理想的種子細(xì)胞。    2.3  生物支架材料的選取    生物可降解材料支架和整合生長因子是組織工程中的一個重要課題。利用可吸收材料逐步降解的特點(diǎn)，將各種神經(jīng)生長因子混合到這些材料中可以隨之釋放，有利于提高神經(jīng)再生質(zhì)量，既可誘導(dǎo)雪旺細(xì)胞分裂增殖，又可支持和促進(jìn)神經(jīng)再生。目前支架材料主要為合成材料或改性天然材料。天然的生物材料比如有殼聚糖、明膠、海藻酸鈉等；人工合成的主要為酯的高聚物，比如聚乳酸(polylacticacid，PLA),包括聚L-乳酸(PLLA)，聚D、L-乳酸(PDLLA)等、聚羥基乙酸(polygl

7、y-colic acid，PGA)以及二者共聚物(PLGA)等12,13。這些材料表面被修飾后，利于細(xì)胞黏附和營養(yǎng)因子的聚集。細(xì)胞因子根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪x取，如BDNF、NT-3等修飾的細(xì)胞移植物可促進(jìn)損傷的脊髓中感覺軸突的延伸，但會抑制運(yùn)動軸突的延伸。目前納米材料的研究也較多，其中磁靶向納米載體材料是一種廣泛應(yīng)用于癌癥治療及診斷的磁性材料14。醫(yī)用磁靶向載體主要是由鐵微粒(或鐵氧微粒)和其他活性成分構(gòu)成的納米微球，其粒子本身具有生物相容性，并可在體內(nèi)完全代謝。這些納米微球具有較強(qiáng)的藥物承載能力，在外加磁場的引導(dǎo)下富集到病灶處釋藥治療，在病灶部位形成高濃度藥物環(huán)境，進(jìn)一步加強(qiáng)了藥效。因此利用納米材料

8、承載神經(jīng)營養(yǎng)因子和移植細(xì)胞做成緩釋球或者微粒進(jìn)入脊髓損傷部位，將是以后的研究方向。    3  組織工程化雪旺細(xì)胞在修復(fù)脊髓損傷中的應(yīng)用進(jìn)展    Paino等15較早的利用膠原設(shè)計出膠原和雪旺氏細(xì)胞復(fù)合物移植治療成年大鼠SCI，結(jié)果顯示：移植物在大鼠體內(nèi)相容性良好，雪旺氏細(xì)胞能夠促進(jìn)軸突長入移植物內(nèi)并重新形成髓鞘。Christine16等也設(shè)計出以膠原凝膠為支架復(fù)合胚胎脊髓組織移植治療成年大鼠SCI，術(shù)后30 d，在移植區(qū)可以觀察到膠原支架已完全降解，而胚胎移植物中的神經(jīng)元、膠質(zhì)細(xì)胞等生長良好。Ramon-Cueto等17

9、在研究SCI時切取成年大鼠部分下胸段脊髓，在完全離斷的脊髓兩斷端間置入1根充滿雪旺細(xì)胞的引導(dǎo)管支架。Woerly等18在大鼠胸段構(gòu)建脊髓橫斷模型，植入含精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)肽的聚甲基丙烯酰胺(PHPMA)凝膠支架。RGD是整合素即細(xì)胞黏附受體的配體，可能是生長發(fā)育階段負(fù)責(zé)組織構(gòu)成的分子信號。該研究發(fā)現(xiàn)，植入的支架能夠促進(jìn)軸突再生，穿越損傷區(qū)域，實(shí)驗(yàn)動物有部分運(yùn)動功能恢復(fù)。Novikov等19采用雪旺細(xì)胞與-多聚羥丁酸纖維(PHB)支架復(fù)合物移植治療大鼠SCI，結(jié)果顯示再生的軸突進(jìn)入并完全通過了移植區(qū)。Yoshii等20則以膠原絲作為支架植入SCI大鼠，發(fā)現(xiàn)損傷區(qū)有軸突再生，并沿著

10、膠原絲支架長入遠(yuǎn)端脊髓內(nèi)，同時實(shí)驗(yàn)動物有明顯的運(yùn)動功能恢復(fù)。隨著加工制造技術(shù)進(jìn)一步提高，促進(jìn)軸突再生是目前研究的熱點(diǎn)，有學(xué)者對其再生的機(jī)械性引導(dǎo)物亦作了相關(guān)的研究，如用包含SCs的凍干的纖維素細(xì)胞填塞多孔支架，通過支架內(nèi)的細(xì)胞轉(zhuǎn)化產(chǎn)生一種分泌型D15A(一種包含BDNF和NT-3 兩種功能的神經(jīng)營養(yǎng)因子)，對這種轉(zhuǎn)基因產(chǎn)物整合，結(jié)果顯示移植含SCs的支架用于損傷的脊髓中，可產(chǎn)生活化的星形膠質(zhì)細(xì)胞和硫酸軟骨素黏多糖，且在支架外表面有髓鞘的軸突形成。Tian等21利用層黏蛋白修飾的透明質(zhì)酸植入脊髓損傷處，經(jīng)尼氏染色顯示有新生的神經(jīng)元細(xì)胞胞體和神經(jīng)纖維生成，免疫細(xì)胞化學(xué)法鑒定有膠原纖維酸性蛋白(gl

11、ial fibrillary acidic protein，GFAP)出現(xiàn)，提示有星形膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)生。Jain等22在原位膠化的瓊脂糖材料上，包埋嵌入含有BDNF的緩釋微管結(jié)構(gòu)，將其填充入成年鼠脊髓背側(cè)半橫切損傷部位，可在宿主脊髓和移植物生物支架分界面處檢測到神經(jīng)微絲蛋白(neurofilament protein，NP）表達(dá)陽性的神經(jīng)元胞體和軸突，及GFAP表達(dá)陽性的反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)BDNF可誘導(dǎo)神經(jīng)突長入支架內(nèi)。國內(nèi)馮世慶等23研究應(yīng)用殼聚糖-膠原偶聯(lián)的生物膜為載體，聯(lián)合移植雪旺細(xì)胞(SCs)與神經(jīng)干細(xì)胞(NSCs)在坐骨神經(jīng)損傷修復(fù)過程中所起的作用。NSCs、SCs與殼聚糖-膠原生

12、物膜相容性良好，殼聚糖-膠原生物膜介導(dǎo)的SCs聯(lián)合NSCs橋接周圍神經(jīng)缺損可使部分神經(jīng)再生，并且利用神經(jīng)生物膜聯(lián)合雪旺細(xì)胞修復(fù)脊髓取得了很好的效果。而且馮等24還利用基因修飾后的SCs聯(lián)合胚胎脊髓懸液修復(fù)脊髓損傷，證實(shí)可以促進(jìn)神經(jīng)再生。王等25雪旺細(xì)胞與PLGA體外共同培養(yǎng)后，將其共移植于大鼠橫斷性脊髓損傷處雪旺細(xì)胞與PLGA具有良好的組織相容性，共同移植于損傷脊髓可促進(jìn)軸突生長及髓鞘再生，但沒有與損傷遠(yuǎn)端聯(lián)系。這些研究結(jié)果顯示出組織工程支架應(yīng)用于SCI修復(fù)仍有一段很長的路，但是已經(jīng)表現(xiàn)出了非常廣闊的應(yīng)用前景。    隨著SCs的提取、純化、培養(yǎng)擴(kuò)增技術(shù)和轉(zhuǎn)基因技術(shù)、自體激活技術(shù)的成熟，SCs移植治療SCI成為最有希望應(yīng)