神經(jīng)干細(xì)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(xì)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(fù)大腦”，恢復(fù)神經(jīng)功能。
然而，神經(jīng)干細(xì)胞在復(fù)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(xì)胞。在大鼠身上，神經(jīng)干細(xì)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(xì)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(huì)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(huì)與神經(jīng)干細(xì)胞上的NgR蛋白結(jié)合，使得神經(jīng)干細(xì)胞不容易分化為神經(jīng)元。
如果神經(jīng)干細(xì)胞上的NgR基因不再表達(dá)，“破壞分子”就沒辦法影響神經(jīng)干細(xì)胞，神經(jīng)干細(xì)胞分化為神經(jīng)元的能力大大提升。
對此，課題組設(shè)計(jì)了一段干擾RNA，這是一段能實(shí)現(xiàn)特異性的降解的基因編碼序列，使得NgR基因不再表達(dá)， 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(xì)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(gè)個(gè)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(jī)器，就能直接看到神經(jīng)干細(xì)胞的活動(dòng)。
這些“乒乓球”的表面帶有正電荷，而小干擾RNA和神經(jīng)干細(xì)胞膜表面都帶負(fù)電荷。因此，小干擾RNA可以被連接在“乒乓球”上，而神經(jīng)干細(xì)胞也會(huì)在5個(gè)小時(shí)內(nèi)將這些乒乓球“吞進(jìn)肚中”。
利用這一巧妙設(shè)計(jì)，顯像劑及小干擾RNA被同步輸送到神經(jīng)干細(xì)胞內(nèi)。進(jìn)入干細(xì)胞內(nèi)的小干擾RNA就會(huì)讓NgR基因“沉默”，促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)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(xì)胞的具體位置、分布及遷移，都能通過核磁共振實(shí)時(shí)觀察到，保證了干細(xì)胞能被準(zhǔn)確輸送到梗死區(qū)，“科學(xué)家在不用殺死實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的情況下就可以觀察到神經(jīng)干細(xì)胞移植的效果。”
將分化為神經(jīng)細(xì)胞的效率提升了6倍
實(shí)驗(yàn)結(jié)果令人欣慰。在培養(yǎng)皿里，只有3%的神經(jīng)干細(xì)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(fù)雜環(huán)境下，神經(jīng)干細(xì)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(xì)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(gè)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(xì)胞，腦梗死的大鼠在移植了經(jīng)過處理的神經(jīng)干細(xì)胞后，四肢運(yùn)動(dòng)及感覺功能障礙恢復(fù)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(xì)胞向神經(jīng)元分化，還同步實(shí)現(xiàn)了對神經(jīng)干細(xì)胞移植后的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)追蹤，并且能監(jiān)測神經(jīng)干細(xì)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(xué)中具有巨大的應(yīng)用前景?！?/div>
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