神經(jīng)干細胞移植給腦梗死病人帶來新的希望。研究者們期待，將神經(jīng)干細胞移植在梗死的腦組織內(nèi)，可以分化成為新的神經(jīng)元，替代死去的神經(jīng)元發(fā)揮作用，“修復大腦”，恢復神經(jīng)功能。
然而，神經(jīng)干細胞在復雜的大腦環(huán)境中卻沒那么“聽話”，它們多數(shù)都分化成了沒什么用的神經(jīng)膠質(zhì)細胞。在大鼠身上，神經(jīng)干細胞治療腦梗死的效果還挺好的，但放在人身上就不盡如人意了。
是什么阻礙了神經(jīng)干細胞分化成神經(jīng)元？
沈君介紹，發(fā)生腦梗死后，壞死的腦組織會釋放出大量抑制神經(jīng)元再生的“髓鞘相關(guān)抑制因子”。這些“破壞分子”會與神經(jīng)干細胞上的NgR蛋白結(jié)合，使得神經(jīng)干細胞不容易分化為神經(jīng)元。
如果神經(jīng)干細胞上的NgR基因不再表達，“破壞分子”就沒辦法影響神經(jīng)干細胞，神經(jīng)干細胞分化為神經(jīng)元的能力大大提升。
對此，課題組設計了一段干擾RNA，這是一段能實現(xiàn)特異性的降解的基因編碼序列，使得NgR基因不再表達， NgR蛋白也就不再能發(fā)揮作用了。
研制“納米乒乓球”，暗藏“定位器”
如何將這一段干擾RNA精確地送到神經(jīng)干細胞內(nèi)部發(fā)揮作用？課題組利用高分子納米材料研制出了一種中央為空腔、外面是一層膜的囊泡。這些囊泡直徑只有200納米左右，就像一個個非常微小的乒乓球。
在“乒乓球”的空腔里，研究者們裝上了一顆顆吸鐵石小粒子(超順磁性氧化鐵納米粒子)作為核磁共振成像的顯像劑。這就像是給“乒乓球”裝上了定位跟蹤器，利用磁共振成像機器，就能直接看到神經(jīng)干細胞的活動。
這些“乒乓球”的表面帶有正電荷，而小干擾RNA和神經(jīng)干細胞膜表面都帶負電荷。因此，小干擾RNA可以被連接在“乒乓球”上，而神經(jīng)干細胞也會在5個小時內(nèi)將這些乒乓球“吞進肚中”。
利用這一巧妙設計，顯像劑及小干擾RNA被同步輸送到神經(jīng)干細胞內(nèi)。進入干細胞內(nèi)的小干擾RNA就會讓NgR基因“沉默”，促進神經(jīng)干細胞分化為神經(jīng)元。
沈君教授說，由于帶上了“定位器”，神經(jīng)干細胞的具體位置、分布及遷移，都能通過核磁共振實時觀察到，保證了干細胞能被準確輸送到梗死區(qū)，“科學家在不用殺死實驗動物的情況下就可以觀察到神經(jīng)干細胞移植的效果?！?/div>
將分化為神經(jīng)細胞的效率提升了6倍
實驗結(jié)果令人欣慰。在培養(yǎng)皿里，只有3%的神經(jīng)干細胞能分化為神經(jīng)元，但經(jīng)過這種乒乓球樣的囊泡處理后，分化效率提高到37%左右，整整提升12倍。
在腦部的復雜環(huán)境下，神經(jīng)干細胞分化為神經(jīng)元的比例僅約4%，但將經(jīng)過囊泡處理的神經(jīng)干細胞移植到腦梗死位置，分化效率提高到27%，提升了6倍左右。
經(jīng)過6個星期的觀察，課題組發(fā)現(xiàn)，相比移植未經(jīng)處理的神經(jīng)干細胞，腦梗死的大鼠在移植了經(jīng)過處理的神經(jīng)干細胞后，四肢運動及感覺功能障礙恢復得更快更好。
沈君教授表示，他們研制出的這一新型囊泡，不但能高效調(diào)控神經(jīng)干細胞向神經(jīng)元分化，還同步實現(xiàn)了對神經(jīng)干細胞移植后的實時動態(tài)追蹤，并且能監(jiān)測神經(jīng)干細胞移植的安全性。
“這種集示蹤與功能調(diào)控于一體的納米材料，在腦梗死再生醫(yī)學中具有巨大的應用前景。”
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