中山医学院
组织工程技术是修复脊髓损伤的新策略之一，但同时兼具合适力学性能可对抗损伤后瘢痕收缩特质以及促神经发生效果的生物支架材料尚待开发。
近日，我院曾园山教授团队曾湘特聘研究员和马瑗锾特聘副研究员在Biomaterials杂志（IF=12.）首次报道了一种利用静电纺丝技术增强力学性能的脱细胞脊髓支架，该支架可实现脊髓损伤后原位植入修复神经组织的目标。证实了生物支架材料的力学性能对于维持损伤部位再生微环境的重要性，对构建与损伤病理组织中力学性能匹配的生物材料具有指导意义。
该研究首先采用蛋白组学技术分析了脱细胞脊髓基质的蛋白组分，结果显示脱细胞脊髓中去除了成体大鼠脊髓组织中的细胞成分，以及硫酸软骨素蛋白多糖和髓鞘相关蛋白等抑制性成分，而保留众多的促再生性的细胞外基质（层粘连蛋白，纤维粘连蛋白等）。在此基础上，曾湘等利用静电纺丝技术将聚乳酸-聚羟基乙酸（PLGA）涂布到脱细胞脊髓外表面形成高分子聚合物薄层，以此构建电纺PLGA脱细胞脊髓支架材料（PLGA-DSC）。PLGA外壳与脱细胞脊髓紧密相连，增强了整个材料的机械性能（约10倍左右），移植到大鼠全横断脊髓损伤区后可有效地维持材料形态，防止被挤压而塌缩。值得注意的是，PLGA外壳对细胞的不通透性及力学性能可显著地减少α-SMA阳性肌成纤维细胞侵入脱细胞脊髓支架内，并防止其分泌致密性的胶原纤维，从而使脱细胞脊髓支架在脊髓损伤区恶劣微环境中仍然能保持促神经发生的特性（图1）。
图1.PLGA-DSC减少α-SMA阳性肌成纤维细胞在DSC基质中的聚集，防止材料被纤维瘢痕挤压而坍缩并降低致密性胶原纤维在材料内部沉积
材料移植到体内后，大量内源性NSCs（Nestin和Msi-1阳性）可以定向迁移并定植在PLGA-DSC植入区。尤其值得注意的是，利用核苷类似物EdU在损伤早期标记增殖细胞，损伤后八周检测发现，大部分增殖细胞在DSC基质环境中分化为Tuj-1阳性的神经元（68%）而非星形胶质细胞，表明PLGA-DSC材料可显著地促进成年哺乳类脊髓损伤后的神经元发生，这与蛋白组学技术分析得到DSC具有类似胚胎脊髓组织中促神经发生的特质相印证（图2）。然而，DSC基质这种促神经元发生的特性有赖于PLGA外壳的保护。例如，在无PLGA外壳的DSC支架移植组，由于大量肌成纤维细胞的浸润，DSC支架失去了促神经发生的特性，表现为明显减少的NSCs迁移与定植以及神经纤维的长入，取而代之的是以致密性胶原为特征的纤维瘢痕组织（图1）。
图2.PLGA-DSC基质具有显著的促神经元发生特性
蛋白组学分析提示在神经发生相关正性和负性调控蛋白比例方面，DSC与胚胎脊髓组织（ESC）相似，而与成体脊髓组织截然相反（SC）。这些促神经发生的基质成分可显著地促进体外培养的NSCs以及植入到损伤脊髓后内源性的NSCs分化为神经元。
除此以外，PLGA-DSC的免疫源性很低，植入到脊髓后还能促进M1型巨噬细胞（促炎型）向M2型巨噬细胞（促再生型）转变，这可能与DSC基质营造的促神经发生的微环境的有关。这些因素综合在一起，使得PLGA-DSC最终能更好地促进脊髓损伤后结构与功能的修复。PLGA-DSC这种对抗纤维瘢痕收缩，调控微环境，促内源性神经发生的特质使其成为具有前景的脊髓损伤修复用新材料（图3）。
图3.本研究的主要方法与结果模式图
本论文第一作者为马瑗锾特聘副研究员，曾湘特聘研究员为该文章的通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金委重大项目、青年项目，广东省自然科学基金，广东省科技计划项目，广州市健康协同重大专项及中央高校青年教师基本科研业务费的支持。
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