中山医学院曾园山教授团队在大动物全横断脊髓损伤的修复机制研究取得新进展

发布人:贺素磊 发布日期:2019-09-30

成年哺乳动物全横断脊髓损伤后其神经通路难以修复的关键问题是脊髓损伤区形成不利于神经再生的微环境,造成皮质脊髓束等下行的兴奋性神经信息不能通过损伤区传送到尾侧端的靶神经元,导致其肢体瘫痪。如何重新连接被横断的脊髓兴奋性神经通路是让其后肢再站立起来行走的关键所在。

曾园山教授团队基于严重的脊髓损伤后内源性干细胞修复“动员不足”和在“恶劣”的损伤区微环境影响下直接移植外源干细胞面临的分化不确定性和异位增殖的风险,提出应用干细胞定向诱导分化和组织工程培养等新技术“在体外预构建一种具有突触传递功能的神经网络组织作为神经元中继器移植修复脊髓受损伤神经通路”的理论假说。在前期应用大鼠全横断脊髓损伤模型证实该假说的基础上,应用比格犬的全横断脊髓损伤模型对神经干细胞(neural stem cells,NSCs)源性神经网络组织的修复成效及其机制进行了深入探讨。研究结果表明,过表达神经营养素-3(neurotrophin-3,NT-3)的比格犬雪旺细胞不但能够在体外将过表达NT-3受体TrkC的比格犬NSCs诱导为功能性神经元(兴奋性和抑制性两种类型),还可以提供神经营养和支持作用,促进神经元之间形成丰富的突触连接以及在神经元轴突上形成髓鞘,从而在体外成功构建出具有成熟突触和髓鞘结构的神经网络组织。然后,将具有突触传递功能的神经网络组织(图1)移植到比格犬胸段脊髓全横断损伤区(4毫米脊髓组织缺损处)术后4个月开始,可观察到比格犬逐渐恢复瘫痪后肢的自主运动功能。6个月后,部分犬的后肢能够持续地支撑体重步行,并呈现协调运动步态。电生理学检测显示,脊髓运动和感觉的诱发电位传导功能得到改善。组织学检测表明,移植的神经网络组织细胞可存活长达18个月,并能保持神经元的表型。移植的神经网络组织能够与传递犬脑下行神经信息的神经纤维建立突触连接,通过发挥神经元中继作用将脑源性兴奋性神经信息传送到损伤区尾侧端的靶神经元(图1)。修复脊髓兴奋性神经通路,促使瘫痪后肢自主运动功能的改善。同时研究还观察到协调运动步态的恢复,表明移植的神经网络组织内有一定比例的抑制性中间神经元,起协调运动作用。上述结果表明,采用组织工程培养预构建新技术,同时应用临床级种子细胞、细胞因子和生物材料进行神经网络组织的标准化制备,有望作为临床修复横断的脊髓神经通路的有效手段。

该研究成果近期在线发表在Advanced Science杂志上,宝通娱乐赖碧琴研究员和车明天博士为论文的共同第一作者,曾园山教授和曾湘研究员为共同通讯作者。该研究受到国家重点研发计划课题(2017YFA0104700)和国家自然科学基金重大项目课题(81891003)资助。

1

图1 示意在体外预构建一种具有突触传递功能的神经网络组织作为神经元中继器移植修复比格犬被横断的脊髓兴奋性神经通路。该神经网络组织移植到4毫米脊髓组织缺损区能够与传递犬脑下行神经信息的神经纤维建立突触连接,通过发挥神经元中继作用将脑源性兴奋性神经信息传送到损伤区尾侧端的靶神经元。

论文链接:https://doi.org/10.1002/advs.201901240

(初审:谭勇,审核:王斌,审核发布:吴忠道)