生活中，意外摔傷或交通事故導致的外傷性截癱，影響著全球數(shù)百萬人的生活。一般而言，脊髓完全橫斷、神經(jīng)細胞被破壞，神經(jīng)纖維斷裂的患者，目前尚無十分有效的治療方案，大多終生癱瘓，生活質(zhì)量非常差。
而現(xiàn)在，終于看到了希望。
近日，來自以色列特拉維夫大學 Sagol 再生生物技術(shù)中心的 Tal Dvir 博士帶領(lǐng)的研究團隊與以色列再生醫(yī)學公司 Matricelf 合作，成功開發(fā)了一種 3D 打印脊髓組織植入物，可以有效修護斷裂的脊柱。在動物試驗中， 新型療法讓100%的早期癱瘓小鼠以及80%的長期癱瘓小鼠恢復了行走能力。
對此，Dvir 教授表示，“在癱瘓小鼠模型中，新型 3D 打印脊髓組織植入物可以快速修復小鼠受損脊柱，最終使它們恢復行走能力。據(jù)悉 這是全球第一個組織工程植入物在長期癱瘓動物模型中恢復運動能力的實例，這一模型也是人類癱瘓治療最相關(guān)的模型?！?/p>
相關(guān)研究以“Regenerating the Injured Spinal Cord at the Chronic Phase by Engineered iPSCs-Derived 3D Neuronal Networks”為題，發(fā)表在最新一期的 Advance Science 雜志上。
提到創(chuàng)傷性脊髓損傷，相信大家不會太陌生。創(chuàng)傷性脊髓損傷，指的是我們的脊柱由于受到外力的撞擊而損傷，導致?lián)p傷部位以下肢體出現(xiàn)癱瘓的疾病。
在外力的作用下，脊柱會直接受損，從而導致神經(jīng)細胞死亡，血液脊柱屏障破壞以及細胞外基質(zhì)的降解。之后受損部位會出現(xiàn)繼發(fā)性促炎損傷級聯(lián)反應(yīng)，進一步破壞受損組織，形成膠質(zhì)瘢痕，導致永久性的神經(jīng)功能障礙。
一般來說，根據(jù)脊髓受損的程度不同，患者預后差別非常大。對于輕度損傷，例如脊髓挫傷，本身無明顯器質(zhì)性改變，僅表現(xiàn)出短暫的脊髓休克，此類患者預后較好，幾乎不會影響正常生活。
而對于重度損傷的患者，例如發(fā)生了硬脊膜外血腫，雖然大部分功能可以恢復，但是還是會留下后遺癥。 最嚴重的是脊髓完全斷裂、神經(jīng)細胞受損嚴重的患者。此類患者幾乎不可能恢復運動或感覺功能，大多面臨終生癱瘓。
（來源：Pixabay）
目前，為了重新連接受傷的脊髓，臨床研究人員曾提出過多種方法，例如在急性損傷期將不同類型的細胞或生物材料移植到受損部位，包括施萬細胞、神經(jīng)干細胞、神經(jīng)祖細胞或間充質(zhì)干細胞在內(nèi)的多種細胞移植療法都曾進行過測試。
然而，試驗過程中人們發(fā)現(xiàn)， 在細胞移植過程中主要有兩個問題會導致移植失?。阂粋€是不同類型細胞，例如同種異體細胞或異體細胞引發(fā)的免疫排斥反應(yīng)，另一個則是植入的細胞未能成功自發(fā)組織形成功能網(wǎng)絡(luò)。
為了解決免疫排斥的問題，自體誘導多能干細胞是一種可行的方案。從患者組織中獲取的體細胞被重新編程為多能干細胞，然后分化成所需細胞系。研究顯示，在動物模型中誘導脊髓損傷 2 周后，將分離的誘導多能干細胞衍生而來的神經(jīng)干細胞，插入到纖維蛋白基質(zhì)中，這些細胞能夠分化并與宿主神經(jīng)元相互作用形成軸突，修復受損脊柱神經(jīng)。
這種方法雖然有一定效果，但是在使用過程中，由于細胞-細胞相互作用，或者細胞-基質(zhì)相互作用，移植的細胞不可避免會與正常組織整合。而由于病理過程中生成的瘢痕組織無法支持神經(jīng)修復的微環(huán)境，因此可能出現(xiàn)大量細胞死亡。
因此，將預先形成的 3D 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)插入到損傷部位而不影響瘢痕組織，或可提高治療效果。但是此前關(guān)于工程性功能 3D 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)移植模型的探索十分有限。
Tal Dvir 博士長期致力于 3D 生物打印技術(shù)的研究，他也是再生醫(yī)學公司 Matricelf 的創(chuàng)始人之一。在本研究中，Dvir 博士帶領(lǐng)的研究團隊開創(chuàng)性使用 3D 生物打印技術(shù)，同時打印患者的細胞和細胞外基質(zhì)，從而生產(chǎn)活的人體組織和器官。
首先，研究人員會采取患者腹部的脂肪組織進行活檢。這一組織與人體的其他組織一樣由細胞和細胞外基質(zhì)組成。在將細胞和細胞外基質(zhì)分離后，研究人員會利用基因工程對細胞進行重編程，使其恢復到胚胎干細胞狀態(tài)。
隨后，研究人員會利用提取的細胞外基質(zhì)，生產(chǎn)一種個性化的水凝膠，這種凝膠植入后不會引發(fā)免疫排斥反應(yīng)。將培養(yǎng)好的干細胞封裝在水凝膠中，可以模擬脊髓胚胎發(fā)育過程，隨后變成包含運動神經(jīng)元的 3D 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)植入物。
圖 | 治療示意圖（來源：Advance Science）
最后，研究人員在兩組動物試驗模型，急性脊髓損傷模型已經(jīng)長期脊髓損傷模型（相當于人類損傷 1 年）中測試新型植入物的功能。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這種新型 3D 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)植入物植入后，可以快速修復癱瘓小鼠的受損脊柱。最終， 所有接受移植的急性癱瘓小鼠均恢復了行走能力，而長期癱瘓小鼠模型中也有80%的小鼠恢復了行走能力。
對此，Dvir 博士表示，“全球有數(shù)百萬人因脊髓損傷而癱瘓，他們的病情仍舊沒有有效的治療方法。很多年輕人的余生注定要在輪椅上度過，且花費大量的金錢。我們的目標是為每個癱瘓的人生產(chǎn)個性化的脊髓植入物，使其受損組織能夠再生，而不會產(chǎn)生排斥。”
總的來說，Dvir 博士首創(chuàng)的 3D 打印脊髓組織移植物成功的治愈了因脊髓損傷而癱瘓小鼠，使其能夠再次行走。這無疑是一項了不起的科學成就，代表了脊髓再生醫(yī)學的巨大進步，未來或可為眾多脊髓損傷患者帶來治愈希望。
據(jù)悉， Matricelf 公司現(xiàn)在正在和美國 FDA 進行積極溝通， 準備在 2024 年底之前通過其 3D 打印脊髓植入物進入人體試驗。該公司表示，人類距離治愈癱瘓可能只有幾年的時間。
參考資料：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202105694 https://neurosciencenews.com/spinal-cord-implant-paralysis-20030/
關(guān)鍵詞： 脊髓損傷 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 研究人員
