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 對(duì)于哺乳動(dòng)物來(lái)說(shuō)，嚴(yán)重的脊髓損傷后是無(wú)法自然再生。而將干細(xì)胞移植到受傷位點(diǎn)則被認(rèn)為是頗具前景的人為修復(fù)方法，但這一方法嚴(yán)重依賴于位點(diǎn)和遞送材料提供的微環(huán)境支持。盡管目前相關(guān)遞送材料的力學(xué)性質(zhì)、生物相容性和生物可降解性得到了廣泛的研究和探索，但對(duì)材料滲透性幾乎還沒(méi)有完整深入的認(rèn)知。

首都醫(yī)科大學(xué)Songbai Cui、亞利桑那州立大學(xué)顏顥和清華大學(xué)劉冬生等人聯(lián)合設(shè)計(jì)了一種具有極高滲透能力的DNA水凝膠，可在大鼠模型上成功修復(fù)2毫米水平的脊髓間隙。經(jīng)過(guò)治療的大鼠能夠恢復(fù)基本的后肢功能，同時(shí)移植干細(xì)胞和內(nèi)源干細(xì)胞的增殖和分化也能夠形成新生神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。這一水凝膠系統(tǒng)在臨床試驗(yàn)中展現(xiàn)出了巨大的潛力，并且還有望應(yīng)用到其他組織再生領(lǐng)域。相關(guān)工作以“Highly Permeable DNA Supramolecular Hydrogel Promotes Neurogenesis and Functional Recovery after Completely Transected Spinal Cord Injury”為題發(fā)表在Advanced Materials。

【文章要點(diǎn)】

一、水凝膠的設(shè)計(jì)及其滲透性

水凝膠滲透性主要取決于聚合物網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)格尺寸，更小的網(wǎng)格尺寸更有可能與擴(kuò)散通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的分子進(jìn)行相互作用。為了避免形成小尺寸的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，在這項(xiàng)研究中作者設(shè)計(jì)了一種完全的DNA雙螺旋分子網(wǎng)絡(luò)。在這一水凝膠中，交聯(lián)點(diǎn)之間的距離大約在20納米左右；由于DNA雙螺旋的長(zhǎng)度在50納米左右，作者認(rèn)為水凝膠分支的DNA邊緣相對(duì)較硬，并導(dǎo)致水凝膠中幾乎不存在小尺寸的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)（圖1）。為了驗(yàn)證水凝膠的滲透性，作者利用鏈霉親和素作為探針?lè)肿友芯苛似湓谒z中的擴(kuò)散。檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，DNA超分子水凝膠的擴(kuò)散指數(shù)（0.74）比PAA水凝膠（0.54）的還要高，表明動(dòng)態(tài)DNA水凝膠更有利于神經(jīng)相關(guān)生長(zhǎng)因子等蛋白質(zhì)的擴(kuò)散和滲透。

圖1 DNA超分子水凝膠在受傷位點(diǎn)支持新生神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)形成

二、活體功能恢復(fù)

作者隨后將神經(jīng)干細(xì)胞裝載進(jìn)DNA水凝膠中，評(píng)價(jià)了其在活體中的治療功能。在術(shù)后8周，治療組的運(yùn)動(dòng)功能評(píng)分BBB可達(dá)到8。對(duì)運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)進(jìn)行電生理評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)，大鼠治療后的后肢運(yùn)動(dòng)誘發(fā)電位（MEP）信號(hào)振幅可達(dá)到0.5mV左右，這表明脊髓導(dǎo)電率正在恢復(fù)（圖2）。

圖2 活體功能恢復(fù)研究

三、移植神經(jīng)干細(xì)胞的增殖和分化

研究又進(jìn)一步檢測(cè)了DNA水凝膠-表達(dá)GFP的神經(jīng)干細(xì)胞系統(tǒng)在組織再生中的功能。研究發(fā)現(xiàn)，移植手術(shù)兩周后，受傷病變位點(diǎn)充滿了細(xì)胞，并且移植材料中的細(xì)胞并非都表達(dá)GFP，這表明移植材料能夠?yàn)榧?xì)胞的存活、增殖和分化提供了良好的環(huán)境。

圖3 神經(jīng)干細(xì)胞的存活、遷移和增殖