脑梗死干细胞治疗取得新进展 磁共振分子探针立功劳

2018年4月5日，中山大学孙逸仙纪念医院沈君课题组在材料科学领域的国际顶级期刊《先进功能材料》(Advanced Functional Materials，JCR一区的期刊，影响因子12.124)发表了的在脑梗死干细胞治疗中对神经干细胞进行定性分化调控和可视化示踪的研究论文。该论文因创新性强而被期刊选为当期的卷首文章(frontispieces)发表。这个研究通过沉默NgR基因和非侵入性迁移监测，揭示了超顺磁性氧化铁纳米粒子和小干扰RNA可以共同递送到神经干细胞中，从而调控干细胞定向分化能力，为提高神经干细胞治疗脑梗死效果提供了新方法，为推动神经干细胞治疗脑梗死尽快进入临床提供了科学依据。

脑梗死是危害人类健康的重大疾病，是导致人类致残的首要原因，其治疗一直是临床难题。脑梗死是由血栓堵塞脑供血动脉，导致局部脑组织血液供应障碍，造成脑组织缺血缺氧性病变坏死，神经元及神经胶质细胞死亡，进而产生相应的神经功能障碍，严重的可以直接导致死亡。现在认为，溶栓是治疗脑梗死迅速有效的最佳选择，且最为有效的治疗是在发病早期。美国国家神经疾病与中风研究所(National Institute of Neurological Diseases and Stroke，NINDS)以及欧洲协作急性卒中研究(European Collaborative Acute Stroke Study，ECASS)等临床研究结果都证明了脑梗死发生后3小时内使用阿替普酶(组织纤溶酶原激活剂t-PA)静脉注射溶栓安全有效。然而，溶栓治疗需要在梗死后3小时内进行，超过3小时，脑梗死治疗效果差，还具有导致脑梗死区出血的风险。但是，不管在国内或国外，大约只有1/3的病人能在脑梗死后3小时时间窗内到达医院，即使在3小时的时间窗内到达医院的急性脑梗死患者，也仅有少数能得到及时的溶栓治疗。急性期过后，脑梗死治疗主要是采用一些脑保护药物，而在慢性期，主要依靠康复、针刺等治疗来进行残疾肢体功能的恢复，这些治疗方法的效果非常有限。目前，我国脑梗死患者70%～80%因为残疾而不能独立生活，需要长期照护，给社会、家庭带来沉重的负担。

沈君主任表示，神经干细胞移植是治疗脑梗死的一种新模式，不受时间窗的限制。然而，问题在于，神经干细胞移植后在梗死的脑组织内并不像人们期望的分化成为神经元，起到替代死亡神经元的作用。沈君课题组发现，在动物模型中，神经干细胞移植治疗脑梗死效果好，并且，初步的临床试验表明，神经干细胞治疗安全，但治疗效果并不如动物试验中那么明显。因此，该课题组通过利用“神经干细胞可以自我增殖更新，也可以分化成神经元与胶质细胞，将神经干细胞移植到脑梗死区，通过神经干细胞的增殖及分化，形成新的神经元，直接替代脑梗死区的神经元，重建神经环路，从而修复脑梗死造成的神经功能障碍”这一原理开始进入研究，并就“如何能在脑梗死干细胞移植中，促进神经干细胞分化为神经元以取代受损或死亡的神经细胞”给出了回答。

脑梗死发生后，坏死的脑组织释放出大量的髓鞘相关糖蛋白、Nogo-A、少突胶质细胞-髓鞘糖蛋白，这些又称为髓鞘相关抑制因子，它们通过共同的受体，Nogo-66受体(NgR)，对神经干细胞发挥作用，抑制了神经干细胞分化为神经元。针对神经干细胞治疗脑梗死中的定向分化为神经元困难的关键科学问题，沈君课题组利用纳米材料PEI (聚乙烯亚胺)及PDLLA (聚D,L-丙交酯)研制了一种中央为空腔，外层为一层膜的囊泡，类似一个个非常微小的乒乓球一样，在乒乓球的空腔里面装上显像剂(超顺磁性氧化铁纳米粒子)，这些粒子像一个个小吸铁石，在磁共振成像机器内能发出信号，使得神经干细胞能被直接看到，在乒乓球的壳上面连上小干扰RNA，这些小干扰RNA针对性抑制NgR受体基因。

工作室应由相关专业同学组成，需拥有网络营销、艺术设计、家装设计等经验，通过在校内多平台、多渠道营销推广寝室文化设计工作室，对寝室成员性格特征、行为习惯、成员心理需求、寝室格局、整体色调等寝室软硬环境入手，设计出符合寝室成员特色、寝室文化类型的寝室文化设计方案，并按照方案组织团队进行寝室文化打造。

这些乒乓球大小只有约200 nm，它们的表面还带有正电荷，神经干细胞能够在5 h内就高效地将这些乒乓球吞进去，利用这一巧妙设计，显像剂及小干扰 RNA被同步被输送到神经干细胞内，进入细胞内的小干扰 RNA就可以沉默NgR基因，促进神经干细胞分化为神经元，而且显像剂能够使得神经干细胞在移植到脑梗死后的位置、分布及迁移能被实时观察到。

译文：What was once the sea has now changed into mulberry fields,second ago we were going to die,and now the situation was suddenly reversed.

沈君课题组运用磁共振成像进行实时精准地追踪，保证干细胞准确输送到梗死区，同时还能在动物活着的情况下直接看到神经干细胞的分布及移动情况。通过小干扰RNA沉默了神经干细胞的NgR基因，抑制NgR表达。测试结果显示：经过这种乒乓球样囊泡处理后，在培养皿里面，神经干细胞分化为神经元的比例可由3%左右提高到37%左右，提升12倍；将经过囊泡处理过的神经干细胞直接移植到脑梗死里面后，在动物脑梗死复杂环境下，神经干细胞分化为神经元的比例也可由4%左右提高到27%左右，提升6倍左右。而且，移植经过处理的神经干细胞的动物，它的四肢运动及感觉功能障碍比移植未经处理的神经干细胞恢复得更好。

中山大学孙逸仙纪念医院沈君主任介绍说，本次研制的用于神经干细胞定向分化调控的新型囊泡，不但具有高效的调控神经干细胞向神经元分化的作用，而且还同步实现了对神经干细胞移植后的位置及分布磁共振成像实时、动态的追踪，以保障神经干细胞精准输送到脑梗死区，且对神经干细胞移植的安全性进行监测。同时，这种集示踪与功能调控于一体的纳米材料，在脑梗死再生医学中具有巨大的应用前景。