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《Signal Transduction and Targeted Therapy》刊发463永利皇宫最新在陈旧性脊髓损伤修复领域取得的新突破

 

2022617日,Nature旗下的《Signal Transduction and Targeted Therapy》杂志报道了463永利皇宫最新、生物医学工程高精尖创新中心李晓光教授团队在陈旧性脊髓损伤修复领域取得新突破:《Chronic spinal cord injury repair by NT3-chitosan only occurs after clearance of the lesion scar》。目前,针对于陈旧性脊髓损伤的研究远远少于急性脊髓损伤,其关键原因在于胶质瘢痕是阻碍神经再生的物理和化学屏障,而如何处理胶质瘢痕则成为了影响陈旧性脊髓损伤治疗的关键因素之一。该研究通过弥散张量成像技术对脊髓损伤大鼠的胶质瘢痕进行三维重建,指导手术松解瘢痕后植入自主研发的不同剂型生物活性材料,成功实现了陈旧性脊髓损伤后的内源性神经发生及稳定的感觉运动功能恢复。

 

脊髓损伤会导致损伤平面以下自主运动功能和感觉功能的永久性缺失,如何实现有效的脊髓损伤治疗及修复仍然是神经科学领域最艰巨的挑战之一。李晓光教授团队采用天然生物材料壳聚糖复合神经营养因子NT-3构建了一种新型生物活性材料,于2015年至2018年期间在《美国科学院院刊》发表了一系列啮齿类及灵长类动物急性期脊髓损伤修复的研究(PNAS 112(2015) 13354-13359PNAS 112(2015) 13360-13365PNAS 115(2018) E5595-E5604),证明了该材料具有良好的治疗效果。然而,临床上大多数脊髓损伤患者均为陈旧性脊髓损伤,在损伤区由髓鞘及细胞碎片、星形胶质细胞、少突胶质细胞、小神经胶质细胞、成纤维细胞以及细胞外基质组成的瘢痕会形成物理与化学屏障,阻碍受损轴突的再生。以上急性期研究所建立的方法及得到的结论能否应用于陈旧性脊髓损伤修复尚未可知。

1 弥散张量成像技术监测了陈旧性脊髓损伤病变区域的时空变化,观察到了治疗组神经纤维的再生及对照组神经纤维的缺失(a-c),其结果与病理学示踪结果相对应(d-f)。

为了有效修复陈旧性脊髓损伤,研究团队采用无创的弥散张量成像方法来监测陈旧性脊髓损伤大鼠病变区域的时空变化,随后,通过影像学结果指导病变区囊性组织的吸除和实体疤痕组织的修剪以清除病变核心,并在此基础上植入了刚性管状生物活性材料支架或注入凝胶状生物活性材料。通过影像学、病理学、行为学和电生理学分析,我们观察到修剪疤痕的动物产生与之前急性期脊髓损伤修复类似的效果,两种生物活性材料均可以诱导皮质脊髓束(CST)的轴突生长以及新的神经发生和稳定的功能恢复。相反,在不修剪疤痕的情况下仅吸除囊性组织后注射生物活性材料,却无法产生有效的神经再生。该研究结果证明了疤痕修剪在陈旧性脊髓损伤治疗中的重要性,证实了本团队开发的生物活性材料对陈旧性脊髓损伤后组织再生的促进作用,为后续该材料在脊髓损伤亚急性期和慢性期患者中开展临床试验奠定了基础。

 

2 通过影像学结果指导病变区囊性组织的吸除和实体疤痕组织的修剪并植入不同剂型的生物活性材料(a),成功促进了治疗组的脊髓神经再生(b-e)。

论文第一作者赵璨为北航生物医学工程高精尖创新中心博士后;463永利皇宫最新的饶家声、首都医科大学的段红梅、郝鹏作为共同一作;合作者包括北航医学科学与工程学院樊瑜波教授等;463永利皇宫最新李晓光教授、同济大学孙毅教授和首都医科大学杨朝阳教授为通讯作者,北京航空航天大学为该论文的第一单位。

该项研究得到了科技部重点研发计划(Grants 2017YFC1104001, 2017YFC1104002, 2020YFC2002804)、国家自然科学基金(Grants 31900980, 31970970, 31730030, 81941011, 31971279, 31771053, 82030035, 31900749)、北京市科委项目(Grant Z181100001818007)、北京市自然科学基金(Grant KZ201810025030, 7222004)等项目的资助,并得到了生物材料与神经再生北京市重点实验室和生物力学与力生物学教育部重点实验室的支持。