清華新聞網(wǎng)12月7日電 中樞神經(jīng)系統(tǒng)的損傷修復(fù)與功能重建一直是神經(jīng)科學(xué)與再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)與難點(diǎn)。當(dāng)前，基于生物材料的再生修復(fù)策略受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注和共識(shí)。生物材料通過(guò)遞送結(jié)構(gòu)、力學(xué)、生物化學(xué)等細(xì)胞調(diào)控信號(hào)，激活組織再生潛能。此前，清華大學(xué)材料學(xué)院王秀梅團(tuán)隊(duì)提出了多模態(tài)組織工程新策略，通過(guò)自主開(kāi)發(fā)的多級(jí)定向納米纖維蛋白水凝膠（aligned fibrin nanofiber hydrogel，AFG）對(duì)脊髓與外周神經(jīng)損傷進(jìn)行干預(yù)，并在大鼠、比格犬、食蟹猴上取得了良好的再生修復(fù)效果和運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)。盡管大腦組織中的神經(jīng)纖維在微納尺度具有高度有序性，且對(duì)神經(jīng)信號(hào)高效傳導(dǎo)及神經(jīng)功能支配具有重要意義，但目前尚無(wú)研究闡明定向結(jié)構(gòu)生物材料對(duì)腦組織損傷修復(fù)及大腦皮層再生的作用。
圖1.AFG再生修復(fù)大鼠腦皮層損傷示意圖AFG及體外培養(yǎng)神經(jīng)干細(xì)胞的掃描電鏡形貌（左）；大鼠腦皮層損傷模型示意圖（中）；AFG纖維的排列結(jié)構(gòu)模擬RG纖維取向（右）；箭頭表示神經(jīng)干細(xì)胞的成熟過(guò)程
王秀梅團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的AFG具有從納米尺寸到宏觀(guān)尺度多級(jí)定向結(jié)構(gòu)，仿生天然神經(jīng)系統(tǒng)從細(xì)胞到組織的取向結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和軟的基質(zhì)力學(xué)性能。團(tuán)隊(duì)與清華大學(xué)玉泉醫(yī)院張玉琪課題組合作，模擬大腦胚胎發(fā)育過(guò)程中形成的放射狀膠質(zhì)細(xì)胞纖維的定向結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)腦損傷大鼠進(jìn)行再生修復(fù)（圖1）。研究表明，AFG可以為腦損傷后的神經(jīng)修復(fù)提供有利的再生微環(huán)境，在大鼠腦損傷早期通過(guò)調(diào)控多種相關(guān)信號(hào)通路及神經(jīng)發(fā)生相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)水平，促進(jìn)內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞的招募和神經(jīng)發(fā)生，最終促進(jìn)腦損傷后神經(jīng)分化和神經(jīng)功能恢復(fù)（圖2）。此研究對(duì)大腦損傷再生修復(fù)的生物材料設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)具有重要指導(dǎo)意義。
圖2.AFG募集內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞的定向遷移和分化
上述研究成果以“取向結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)大腦內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞的定向遷移和分化促進(jìn)腦損傷治療的神經(jīng)發(fā)生過(guò)程”（Structural alignment guides oriented migration and differentiation of endogenous neural stem cells for neurogenesis in brain injury treatment）為題，12月3日在線(xiàn)發(fā)表在生物材料領(lǐng)域頂級(jí)期刊《生物材料》（Biomaterials）上。清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院2018級(jí)博士生柴毅為本論文的第一作者，清華大學(xué)材料學(xué)院博士后趙赫為共同第一作者，材料學(xué)院王秀梅研究員、清華大學(xué)玉泉醫(yī)院張玉琪教授為共同通訊作者。本研究得到了“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目支持。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2021.121310
供稿：材料學(xué)院
編輯：張恩鳴 陳曉艷
審核：呂婷
