苏大附一院陈亮团队构建仿生水凝胶纤维束促进脊髓修复

2019-01-28 文章来源:骨科在线 点击量:4   我要说

来源:苏州大学附属第一医院

作者:陈亮 崔文国

脊髓损伤,作为一种常继发于外伤、脊柱骨折的临床疾病,严重者可造成患者截瘫,甚至危及生命。目前,严重的脊髓损伤缺乏有效的临床治疗方式,脊髓组织自我再生能力的匮乏也使其成为了组织工程领域中的难题,脊髓组织损伤后若得不到有效的干预治疗,缺损区域将由于星状胶质细胞的增生,逐渐被无功能的瘢痕组织替代,丧失生理功能。如何运用生物材料学手段,模拟脊髓的正常生理结构,将体内神经干细胞向成神经元细胞方向诱导分化,同时抑制胶质细胞增生,从而促进脊髓的功能恢复,是一个值得探索的问题。

目前,静电纺丝技术、水凝胶技术是再生医学领域中两种受到广泛报道的材料形式,但是两种技术分别存在着各自的优点与不足。静电纺丝技术可构建模拟细胞外基质的纳米纤维结构,但所制备的再生支架却往往结构致密、难以促进细胞分化及迁徙。水凝胶拥有优越的生物相容性,却难以构建纳米级别的仿生结构。将这两种技术相结合,制备水凝胶纤维支架,或可突破各自的缺陷,制备一种适用于脊髓损伤修复的仿生支架。

受脊髓生理解剖结构的启发,苏州大学附属第一医院脊柱外科陈亮教授、上海交大医学院附属瑞金医院/上海市伤骨科研究所崔文国教授等在邓廉夫教授的指导下,将水凝胶技术和静电纺丝技术相结合,制备充分仿生脊髓性能的弹性定向水凝胶微纳米纤维束,从结构和功能上实现损伤脊髓的修复。

图1:定向水凝胶微纳米纤维束的合成和构建

该联合团队将水凝胶和定向微纳米纤维性能完美结合开发的弹性定向水凝胶微纳米纤维束用于大鼠脊髓半切损伤的修复。从水凝胶自身适宜细胞浸润立体生长、定向纤维结构诱导神经元细胞和轴索分布、弹性力学性能诱导干细胞定向分化等方面实现支架的脊髓仿生,从而促进脊髓功能的恢复。体外实验发现该弹性定向水凝胶微纳米纤维束可显著促进干细胞及神经细胞的定向分布。此外,凭借着弹性定向水凝胶微纳米纤维束柔软的力学属性及更高的含水量,水凝胶纤维支架可显著促进细胞的浸润迁徙。体内实验发现,弹性定向水凝胶微纳米纤维束可显著促进干细胞的成神经元、成血管分化,促进神经元突触的形成与功能恢复,同时又能抑制胶质细胞的生成,从而促进脊髓功能的重建。

2:仿生支架修复大鼠的脊髓半横断损伤后的功能恢复评价及组织学考察

该研究通过再生支架的材料学属性模拟正常脊髓组织,实现损伤脊髓的功能再生,为脊髓损伤修复的再生支架提供了新的思路。

研究成果以“Bioinspired Hydrogel Electrospun Fibers for SpinalCord Regeneration”为题,发表于Advanced Functional Materials 2019;29:1806899上,并作为亮点文章在杂志封面进行展示。

苏州大学附属第一医院为第一完成单位;

论文链接:https://doi.org/10.1002/adfm.201806899

项目资助:国家自然科学基金等项目资助。


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