基于白蛋白水凝胶与小胶质细胞复合体系治疗复杂脊髓损伤并修复硬脑膜破裂的创新突破

时间:2025年4月22日
来源:Biomaterials

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脊髓损伤(SCI)治疗效果不佳,瘢痕形成和神经变性阻碍功能恢复,新生儿小胶质细胞虽有治疗潜力,但存在细胞存活和留存问题。研究人员开发白蛋白基水凝胶,结果显示其能改善细胞微环境,促进轴突再生、封闭硬脑膜,为 SCI 治疗提供新途径。

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在医学领域,脊髓损伤(Spinal Cord Injury,SCI)就像一个棘手的 “顽疾”,时刻困扰着人们。全球约有 2700 万人因 SCI 长期残疾,每年新增病例约 18 万。SCI 不仅会造成神经元死亡和轴突破坏,还会引发一系列炎症反应和组织损伤,最终在损伤部位形成瘢痕。这瘢痕就如同横亘在神经再生道路上的 “巨石”,严重阻碍轴突的再生,使得患者的功能恢复变得异常艰难。目前临床上常用的早期手术减压和药物治疗,都无法有效减轻瘢痕形成和促进神经再生。
在探索 SCI 治疗新方法的征程中,科研人员发现了小胶质细胞这个 “潜力股”。小胶质细胞是中枢神经系统(Central Nervous System,CNS)中的免疫细胞,它在调节 SCI 后的二次损伤中起着关键作用。尤其是新生儿小胶质细胞,比成熟小胶质细胞在减少瘢痕形成、促进神经再生方面更具优势。然而,理想很丰满,现实却很骨感。将新生儿小胶质细胞用于临床治疗时,面临着诸多难题。比如,移植细胞在体内的存活和整合情况不佳,而且 SCI 常伴有硬脑膜损伤,导致脑脊液(Cerebrospinal Fluid,CSF)渗漏,会冲走移植的细胞,影响治疗效果。

为了解决这些难题,来自国内的研究人员展开了一项极具意义的研究。他们开发了一种基于牛血清白蛋白(Bovine Serum Albumin,BSA)和 N - 羟基琥珀酰亚胺活化的四聚乙二醇(tetra - PEG - NHS)的新型水凝胶载体系统。研究结果令人振奋,这种水凝胶与新生儿小胶质细胞复合体系,不仅能有效封闭硬脑膜破裂,还能减轻脊髓实质的炎症反应和瘢痕形成,促进神经再生和功能恢复。该研究成果发表在《Biomaterials》杂志上,为 SCI 的治疗开辟了新的方向。

研究人员开展这项研究时,用到了几个关键技术方法。首先是水凝胶的制备技术,通过 BSA 的氨基与 tetra - PEG - NHS 的 NHS 活性酯基团反应,形成酰胺键,制备出具有三维网状结构的 BSA/PEG 水凝胶。然后是细胞实验技术,分离培养新生儿小胶质细胞,并将其与水凝胶共培养,评估两者的相容性。最后构建了 SCI 合并硬脑膜破裂的小鼠模型,用于在体研究复合体系的治疗效果。

水凝胶的制备与特性


研究人员通过 BSA 与 tetra - PEG - NHS 反应生成酰胺键,成功制备出具有三维网状结构的 BSA/PEG 水凝胶。在室温下,向 BSA 溶液中加入 tetra - PEG - NHS 后,交联反应迅速发生,大约 5 - 15 分钟就能得到无色透明、无流动性的水凝胶。这种水凝胶制备方法简单,反应条件温和。

水凝胶对细胞的影响


将新生儿小胶质细胞在水凝胶中培养,评估水凝胶的细胞相容性。结果显示,该水凝胶能够为细胞提供适宜的微环境,有助于细胞的存活和维持正常生理功能,表明其具有良好的细胞相容性。

体内实验研究


研究人员构建了小鼠 SCI 合并硬脑膜破裂的模型,在水凝胶凝胶化窗口期,将负载小胶质细胞的水凝胶注射到损伤部位。组织学和行为学评估结果表明,这种新生儿小胶质细胞包裹的水凝胶能够减轻 SCI 后的瘢痕形成,促进神经再生,改善小鼠的运动功能,同时成功封闭硬脑膜破裂口。

机制研究


研究人员还对小胶质细胞载体系统发挥作用的细胞学和分子生物学机制进行了深入研究。虽然原文未详细阐述具体机制,但可以推测,水凝胶可能通过模拟细胞外基质(Extracellular Matrix,ECM),为小胶质细胞提供支持,使其更好地发挥调节炎症、促进组织修复等功能。

研究结论表明,这种 BSA/PEG 水凝胶具有双重功能,能有效治疗伴有硬脑膜破裂的复杂 SCI。通过与组织表面的氨基形成共价键,水凝胶实现了硬脑膜破裂的有效封闭,减轻了硬膜外纤维化粘连和脊髓实质的炎症反应。从分子、细胞和生理层面的实验都证明,该水凝胶为 SCI 的治疗带来了新的希望。这一研究成果在医学领域意义重大,为临床治疗 SCI 提供了一种新的、更有效的策略,有望改善众多 SCI 患者的生活质量,推动再生医学领域的发展。未来,还需要进一步开展临床研究,验证该复合体系在人体中的安全性和有效性,让这一科研成果真正造福患者。

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