OIST研究人员打造特殊支架 有助受损脊髓神经元修复

2021年11月29日 16:03 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

虽然人体某些部位可在受伤后相对较好地愈合,但受损的脊髓一直是医学治疗上的一大难点。当脊髓受伤时,它会切断大脑和身体之间的重要联系,并阻碍受害者的移动和感知能力、甚至导致瘫痪。好消息是,一种新颖的支架设计,有望促进神经元的定向生长,从而更好地修复受损的脊髓。

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辅助神经元成功生长的支架(显微成像,图自:OIST

与能够轻松自愈的手脚等部位的神经相比,中枢神经系统、大脑和脊髓中的神经,具有略有不同的工作方式。日本冲绳科学技术研究所(OIST)的 Marco Terenzio 教授表示:

截至目前,想要让脊髓中受损的神经元再生,仍是一项切实的挑战,因为脊柱中只有少数类型的神经元具有有限的愈合能力。

更重要的是,神经元不仅需要生长数毫米,且可能会产生疤痕组织。为此,我们需要提供一个人造支架,来辅助神经元弥合这部分差距。

其实早在 2018 年,我们就已经听闻一个有趣的例子。当时研究团队通过向受伤部位植入包覆了 3D 打印干细胞的硅支架,以期在剩余神经之间建立新的连接。

今年早些时候,另一项研究还将基因疗法考虑了进去,以促进神经纤维的再生、并改善小鼠的组织修复。

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电子显微图像,左侧一格 100 μm,右侧一格 1 μm 。

现在,OIST 的科学家们试图将更多精力放到神经元的生长方式上。通常情况下,神经元会以径向方式,从中心向外发展。

但在与相邻神经元的连接需要修复的情况下,更可取的方式,就是让它们直线生长、以密切被切断的间隙。

为此,研究人员打造了一种特殊的支架(用于为神经元生长提供结构和化学支撑的纤维材料),来促进这种模仿细胞外基质的行为。

3D confocal images of neurons on scaffold(via

这项工作涉及设计带有凹槽和凹痕的支架,旨在鼓励神经元的定向(而不是径向)生长,并使用先进的印刷技术来制造成品。

通过所谓的“两光子光刻”(2-photon lithography)技术,研究人员选用了一种光敏聚合物,并通过激光照射使之硬化。

不过本例中仅需在材料必要部分发射激光,其余未硬化的部分可以被轻松冲刷走,从而留下精心设计的支架部分。

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支架制造设备

Marco Terenzio 教授补充道:“其工作原理有点像 3D 打印,但具体实现方法却是反其道而行之。我们不是在所需的地方沉积材料来构建框架,而是通过去除材料来实现这一目的”。

事实证明,这种结构具有相当优异的热稳定性和机械稳定性,更重要的是具有生物相容性。科学家们已经成功地在小鼠身上展开了实验,表明它可以用于培养修复大脑 - 肌肉之间的肌肉运动神经元。

这些神经元能够按需在支架上附着和生长,且研究人员发现神经元能够穿透支架的所有层,这一点尤其振奋人心。下一步,他们希望将这种设计作为模板,来开发未来可用于小鼠体内实验的支架。

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