腦梗死干細(xì)胞治療取得新進(jìn)展 磁共振分子探針立功勞

2018年4月5日，中山大學(xué)孫逸仙紀(jì)念醫(yī)院沈君課題組在材料科學(xué)領(lǐng)域的國(guó)際頂級(jí)期刊《先進(jìn)功能材料》(Advanced Functional Materials，JCR一區(qū)的期刊，影響因子12.124)發(fā)表了的在腦梗死干細(xì)胞治療中對(duì)神經(jīng)干細(xì)胞進(jìn)行定性分化調(diào)控和可視化示蹤的研究論文。該論文因創(chuàng)新性強(qiáng)而被期刊選為當(dāng)期的卷首文章(frontispieces)發(fā)表。這個(gè)研究通過(guò)沉默NgR基因和非侵入性遷移監(jiān)測(cè)，揭示了超順磁性氧化鐵納米粒子和小干擾RNA可以共同遞送到神經(jīng)干細(xì)胞中，從而調(diào)控干細(xì)胞定向分化能力，為提高神經(jīng)干細(xì)胞治療腦梗死效果提供了新方法，為推動(dòng)神經(jīng)干細(xì)胞治療腦梗死盡快進(jìn)入臨床提供了科學(xué)依據(jù)。

腦梗死是危害人類(lèi)健康的重大疾病，是導(dǎo)致人類(lèi)致殘的首要原因，其治療一直是臨床難題。腦梗死是由血栓堵塞腦供血?jiǎng)用}，導(dǎo)致局部腦組織血液供應(yīng)障礙，造成腦組織缺血缺氧性病變壞死，神經(jīng)元及神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞死亡，進(jìn)而產(chǎn)生相應(yīng)的神經(jīng)功能障礙，嚴(yán)重的可以直接導(dǎo)致死亡。現(xiàn)在認(rèn)為，溶栓是治療腦梗死迅速有效的最佳選擇，且最為有效的治療是在發(fā)病早期。美國(guó)國(guó)家神經(jīng)疾病與中風(fēng)研究所(National Institute of Neurological Diseases and Stroke，NINDS)以及歐洲協(xié)作急性卒中研究(European Collaborative Acute Stroke Study，ECASS)等臨床研究結(jié)果都證明了腦梗死發(fā)生后3小時(shí)內(nèi)使用阿替普酶(組織纖溶酶原激活劑t-PA)靜脈注射溶栓安全有效。然而，溶栓治療需要在梗死后3小時(shí)內(nèi)進(jìn)行，超過(guò)3小時(shí)，腦梗死治療效果差，還具有導(dǎo)致腦梗死區(qū)出血的風(fēng)險(xiǎn)。但是，不管在國(guó)內(nèi)或國(guó)外，大約只有1/3的病人能在腦梗死后3小時(shí)時(shí)間窗內(nèi)到達(dá)醫(yī)院，即使在3小時(shí)的時(shí)間窗內(nèi)到達(dá)醫(yī)院的急性腦梗死患者，也僅有少數(shù)能得到及時(shí)的溶栓治療。急性期過(guò)后，腦梗死治療主要是采用一些腦保護(hù)藥物，而在慢性期，主要依靠康復(fù)、針刺等治療來(lái)進(jìn)行殘疾肢體功能的恢復(fù)，這些治療方法的效果非常有限。目前，我國(guó)腦梗死患者70%～80%因?yàn)闅埣捕荒塥?dú)立生活，需要長(zhǎng)期照護(hù)，給社會(huì)、家庭帶來(lái)沉重的負(fù)擔(dān)。

沈君主任表示，神經(jīng)干細(xì)胞移植是治療腦梗死的一種新模式，不受時(shí)間窗的限制。然而，問(wèn)題在于，神經(jīng)干細(xì)胞移植后在梗死的腦組織內(nèi)并不像人們期望的分化成為神經(jīng)元，起到替代死亡神經(jīng)元的作用。沈君課題組發(fā)現(xiàn)，在動(dòng)物模型中，神經(jīng)干細(xì)胞移植治療腦梗死效果好，并且，初步的臨床試驗(yàn)表明，神經(jīng)干細(xì)胞治療安全，但治療效果并不如動(dòng)物試驗(yàn)中那么明顯。因此，該課題組通過(guò)利用“神經(jīng)干細(xì)胞可以自我增殖更新，也可以分化成神經(jīng)元與膠質(zhì)細(xì)胞，將神經(jīng)干細(xì)胞移植到腦梗死區(qū)，通過(guò)神經(jīng)干細(xì)胞的增殖及分化，形成新的神經(jīng)元，直接替代腦梗死區(qū)的神經(jīng)元，重建神經(jīng)環(huán)路，從而修復(fù)腦梗死造成的神經(jīng)功能障礙”這一原理開(kāi)始進(jìn)入研究，并就“如何能在腦梗死干細(xì)胞移植中，促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞分化為神經(jīng)元以取代受損或死亡的神經(jīng)細(xì)胞”給出了回答。

腦梗死發(fā)生后，壞死的腦組織釋放出大量的髓鞘相關(guān)糖蛋白、Nogo-A、少突膠質(zhì)細(xì)胞-髓鞘糖蛋白，這些又稱(chēng)為髓鞘相關(guān)抑制因子，它們通過(guò)共同的受體，Nogo-66受體(NgR)，對(duì)神經(jīng)干細(xì)胞發(fā)揮作用，抑制了神經(jīng)干細(xì)胞分化為神經(jīng)元。針對(duì)神經(jīng)干細(xì)胞治療腦梗死中的定向分化為神經(jīng)元困難的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，沈君課題組利用納米材料PEI (聚乙烯亞胺)及PDLLA (聚D,L-丙交酯)研制了一種中央為空腔，外層為一層膜的囊泡，類(lèi)似一個(gè)個(gè)非常微小的乒乓球一樣，在乒乓球的空腔里面裝上顯像劑(超順磁性氧化鐵納米粒子)，這些粒子像一個(gè)個(gè)小吸鐵石，在磁共振成像機(jī)器內(nèi)能發(fā)出信號(hào)，使得神經(jīng)干細(xì)胞能被直接看到，在乒乓球的殼上面連上小干擾RNA，這些小干擾RNA針對(duì)性抑制NgR受體基因。

這些乒乓球大小只有約200 nm，它們的表面還帶有正電荷，神經(jīng)干細(xì)胞能夠在5 h內(nèi)就高效地將這些乒乓球吞進(jìn)去，利用這一巧妙設(shè)計(jì)，顯像劑及小干擾 RNA被同步被輸送到神經(jīng)干細(xì)胞內(nèi)，進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的小干擾 RNA就可以沉默NgR基因，促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞分化為神經(jīng)元，而且顯像劑能夠使得神經(jīng)干細(xì)胞在移植到腦梗死后的位置、分布及遷移能被實(shí)時(shí)觀察到。

沈君課題組運(yùn)用磁共振成像進(jìn)行實(shí)時(shí)精準(zhǔn)地追蹤，保證干細(xì)胞準(zhǔn)確輸送到梗死區(qū)，同時(shí)還能在動(dòng)物活著的情況下直接看到神經(jīng)干細(xì)胞的分布及移動(dòng)情況。通過(guò)小干擾RNA沉默了神經(jīng)干細(xì)胞的NgR基因，抑制NgR表達(dá)。測(cè)試結(jié)果顯示：經(jīng)過(guò)這種乒乓球樣囊泡處理后，在培養(yǎng)皿里面，神經(jīng)干細(xì)胞分化為神經(jīng)元的比例可由3%左右提高到37%左右，提升12倍；將經(jīng)過(guò)囊泡處理過(guò)的神經(jīng)干細(xì)胞直接移植到腦梗死里面后，在動(dòng)物腦梗死復(fù)雜環(huán)境下，神經(jīng)干細(xì)胞分化為神經(jīng)元的比例也可由4%左右提高到27%左右，提升6倍左右。而且，移植經(jīng)過(guò)處理的神經(jīng)干細(xì)胞的動(dòng)物，它的四肢運(yùn)動(dòng)及感覺(jué)功能障礙比移植未經(jīng)處理的神經(jīng)干細(xì)胞恢復(fù)得更好。

中山大學(xué)孫逸仙紀(jì)念醫(yī)院沈君主任介紹說(shuō)，本次研制的用于神經(jīng)干細(xì)胞定向分化調(diào)控的新型囊泡，不但具有高效的調(diào)控神經(jīng)干細(xì)胞向神經(jīng)元分化的作用，而且還同步實(shí)現(xiàn)了對(duì)神經(jīng)干細(xì)胞移植后的位置及分布磁共振成像實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的追蹤，以保障神經(jīng)干細(xì)胞精準(zhǔn)輸送到腦梗死區(qū)，且對(duì)神經(jīng)干細(xì)胞移植的安全性進(jìn)行監(jiān)測(cè)。同時(shí)，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。