新研究证明了脊髓组织修复的新方法

爱尔兰利默里克大学 (UL) 开发的独特新材料在治疗脊髓损伤方面显示出巨大前景。

UL 伯纳尔研究所进行的全新研究(发表在《生物材料研究》杂志上)在脊髓组织修复领域取得了令人振奋的进展。

据研究人员称，在 UL 以纳米粒子形式开发的新型混合生物材料，并建立在组织工程领域现有实践的基础上，已成功合成，以促进脊髓损伤后的修复和再生。

UL 团队由 UL 工程学院副教授 Maurice N Collins 教授和主要作者 Aleksandra Serafin 博士领导。UL 的候选人，使用一种新型支架材料和一种独特的新型导电聚合物复合材料来促进新组织的生长和生成，从而促进脊髓损伤的治疗。

柯林斯教授解释说：“脊髓损伤仍然是一个人一生中可能遭受的最严重的外伤之一，影响着人们生活的方方面面。”

“这种使人衰弱的疾病会导致损伤水平以下的瘫痪，仅在美国，每年用于 SCI患者护理的医疗保健费用就达 97 亿美元。由于目前没有广泛可用的治疗方法，因此对该领域的持续研究至关重要，以找到一种改善患者生活质量的治疗方法，研究领域转向组织工程以获得新的治疗策略。

“组织工程领域旨在解决捐赠器官和组织短缺的全球性问题，其中出现了一种新趋势，即导电生物材料。体内的细胞会受到电刺激的影响，尤其是具有导电性的细胞例如心脏或神经细胞，”柯林斯教授解释道。

研究小组描述了人们对使用导电组织工程支架的兴趣越来越大，这是由于当细胞暴露于导电支架时细胞生长和增殖得到改善。

“提高生物材料的导电性以开发此类治疗策略通常集中于添加导电成分，如碳纳米管或导电聚合物，如 PEDOT:PSS，这是一种商业上可用的导电聚合物，迄今为止已用于组织工程领域，”主要作者亚历山德拉塞拉芬解释道。

“不幸的是，在生物医学应用中使用 PEDOT:PSS 聚合物时，仍然存在严重的局限性。聚合物依赖于 PSS 成分使其具有水溶性，但当这种材料被植入体内时，它表现出较差的生物相容性。

“这意味着在接触这种聚合物后，身体会产生潜在的毒性或免疫反应，这在我们试图再生的已经受损的组织中并不理想。这严重限制了哪些水凝胶成分可以成功地结合起来制造导电支架， “她补充道。

该研究开发了新型 PEDOT 纳米颗粒 (NP) 以克服这一限制。导电 PEDOT NP 的合成允许对 NP 的表面进行定制修改，以实现所需的细胞响应并增加可以掺入的水凝胶组分的可变性，而无需存在水溶性所需的 PSS。

在这项工作中，将由明胶和免疫调节透明质酸组成的混合生物材料(Collins 教授在 UL 多年开发的一种材料)与开发的新型 PEDOT NP 相结合，以创建用于靶向脊髓损伤修复的生物相容性导电支架。

对这些精确设计的支架的结构、特性和功能关系进行了全面研究，以优化损伤部位的性能，包括 Serafin 女士在 Fulbright 研究期间对大鼠脊髓损伤模型进行的体内研究与加州大学圣地亚哥分校神经科学系交流，该系是该项目的合作伙伴。

“将 PEDOT NPs 引入生物材料增加了样品的电导率。此外，植入材料的机械性能应模仿组织工程策略中感兴趣的组织，开发的 PEDOT NP 支架与天然脊柱的机械值相匹配绳子，”研究人员解释道。

在体外干细胞和体内脊髓损伤动物模型中研究了对开发的 PEDOT NP 支架的生物学反应。他们报告说，在支架上观察到了出色的干细胞附着和生长。

研究表明，与没有支架的损伤模型相比，测试表明轴突细胞向植入 PEDOT NP 支架的脊髓损伤部位迁移更多，并且疤痕和炎症水平较低。

研究小组表示，总的来说，这些结果表明这些材料具有修复脊髓的潜力。

“脊髓损伤对患者生活的影响不仅是身体上的，还有心理上的，因为它会严重影响患者的心理健康，导致抑郁、压力或焦虑的发生率增加，”Serafin 女士解释说.

“因此，治疗脊柱损伤不仅能让患者重新行走或移动，还能让他们充分发挥自己的潜力，这使得像这样的项目对研究和医学界来说非常重要。此外，为脊髓损伤提供有效治疗的总体社会影响将导致与治疗患者相关的医疗保健成本降低。这些结果为患者提供了令人鼓舞的前景，并计划对该领域进行进一步研究。

“研究表明，脊髓损伤远端运动神经元的兴奋性阈值往往更高。未来的项目将进一步改进支架设计并在支架中产生电导率梯度，电导率向远端增加病变进一步刺激神经元再生，”她补充道。