关键词:
脊髓损伤
神经前体细胞
免疫抑制剂
胶原蛋白支架
摘要:
研究背景:
脊髓损伤(spinal cord injury,SCI)是一种常见的神经系统疾病,可破坏神经连接,损害运动和感觉功能。现今为止,脊髓损伤仍然是一个具有挑战性的临床疾病,对患者及其家庭和医疗系统带来级大的社会经济负担。虽然在医疗和康复方面的进展持续改善,但脊髓损伤后的组织再生结果仍然令人沮丧。这主要来源于严重损伤后的多方面病理改变。其中,相较于最初的直接损伤,包括神经毒性、血管功能障碍、胶质瘢痕、神经炎症、凋亡和脱髓鞘等的继发性改变同样剧烈影响之后的功能恢复。为了满足神经保护、再生和康复的需求,需要在创伤后不同的病理阶段采用对应的治疗策略。
神经前体细胞(neural precursor cells,NPCs)移植提供了一个强有力的“多管齐下”的工具,可用于治疗在脊髓损伤演化过程中所有阶段的病理过程。首先,神经前体细胞提供了一个新的细胞来源,替代脊髓损伤后丢失或损坏的细胞(包括神经元、少突胶质细胞和星形胶质细胞)。然而,完全的细胞“替换”仍然是一个非常困难的挑战,因为它需要具体的分化,以及精确的解剖和功能整合。同时,NPCs还可以在移植后直接通过旁分泌和调节能量代谢以及为脊髓损伤部位提供神经营养因子等作用,调节脊髓损伤后恶劣的微环境,进而促进脊髓损伤后的功能恢复。虽然干细胞疗法为脊髓损伤治疗提供了新的解决方案,但仍然存在存活率低、分化失控等障碍。
功能性生物材料不仅能填充损伤腔,为轴突再生提供物理支持,并且其独特的生物功能还具有促进轴突生长和血管生成,调节免疫反应,减轻瘢痕抑制等作用,因此生物材料常作为细胞移植的载体共同治疗脊髓损伤。而免疫抑制剂(immunosuppressive drugs,ISDs)作为保证移植细胞在体内存活的免疫辅助疗法,在干细胞移植治疗脊髓损伤中常规应用。由于血脊屏障的存在,中枢神经系统曾经被认为是一个免疫特权部位,但是现有研究表明,免疫细胞会被募集到损伤部位以介导疤痕形成和组织恢复,因此,移植细胞往往会被免疫细胞攻击引起排斥反应。而免疫抑制剂的使用可以减少免疫系统对移植物的攻击,增加移植物的存活率。同时免疫抑制剂可以降低炎症反应的程度,起到一定的神经保护作用,但是免疫抑制剂的使用也有一定的风险和副作用,如感染风险增加、免疫功能下降等。因此,在使用免疫抑制剂时需要严密监测患者的免疫状态,并根据具体情况进行剂量和时间的调整,这同时给与脊髓损伤患者新的身体和经济压力。因此,在免疫抑制剂联合生物材料搭载神经前体细胞移植治疗脊髓损伤的过程中需要根据患者的情况进行精准化及个性化的调整。
研究目的:
细胞移植疗法治疗脊髓损伤在过去的十年中产生了令人振奋的进展,但是在现阶段的研究中,细胞移植仍有需要克服的局限性,包括细胞原位驻留,移植细胞存活率和分化率低,因此,可以促进移植细胞黏附聚集的生物材料和降低免疫原性的免疫抑制剂常作为细胞移植治疗脊髓损伤的辅助工具。在这其中,我们的研究目的主要包括,免疫抑制剂对于神经前体细胞的作用是直接作用于神经前体细胞还是通过调节淋巴细胞间接作用于神经前体细胞,免疫抑制剂对神经前体细胞的保护作用,免疫抑制剂联合生物材料搭载神经前体细胞移植对于脊髓损伤运动功能恢复的影响以及长期应用免疫抑制剂的毒副作用。通过以上结论综合分析免疫抑制剂在生物材料搭载神经前体细胞移植治疗脊髓损伤中应用的必要性。
研究方法:
在人类11周龄胚胎脊髓中提取并培养神经前体细胞(human fetal spinal cord-derived neural progenitor cells,hscNPCs),通过免疫荧光染色鉴定其干性(Sox2、Nestin、Pax6)。通过胶原膜制备有序胶原海绵支架(aligned collagen sponge scaffold,ACSS),并将人脊髓来源神经前体细胞接种在有序胶原海绵支架上,采用扫描电子显微镜观测胶原支架及负载神经前体细胞后形态。
在体外实验中,首先根据临床中应用免疫抑制药物的血药浓度,在细胞培养中加入药物在体内的活性成分。通过免疫荧光染色检测免疫抑制剂对hscNPCs分化能力(Tuj-1、MAP2、Olig2、Sox10、GFAP),增殖(Ki67)和轴突生长的影响,并通过活死染色检测免疫抑制剂是否直接抑制hscNPCs活性。
在体内实验中采用全横断脊髓损伤模型,分组为CON组、ISD组、ACSS+ISD组、ACSS+hscNPC组和ACSS+hscNPC+ISD组。首先通过LC-MS/MS法检测免疫抑制剂在大鼠体内的血药浓度。之后通过ELISA检测使用ISDs后,大鼠血清中IL-2的含量。然后通过血常规检测(LY)、蛋白组学及免疫荧光染色(CD4、CD8)检测ISDs对淋巴细胞的抑制作用。为了检测ACSS、hscNPCs、ISDs单独