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中樞神經(jīng)系統的損傷修復與功能重建一直是神經(jīng)科學(xué)與再生醫學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)與難點(diǎn)。當前，基于生物材料的再生修復策略受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注和共識。生物材料通過(guò)遞送結構、力學(xué)、生物化學(xué)等細胞調控信號，激活組織再生潛能。此前，清華大學(xué)材料學(xué)院王秀梅團隊提出了多模態(tài)組織工程新策略，通過(guò)自主開(kāi)發(fā)的多級定向納米纖維蛋白水凝膠（aligned fibrin nanofiber hydrogel，AFG）對脊髓與外周神經(jīng)損傷進(jìn)行干預，并在大鼠、比格犬、食蟹猴上取得了良好的再生修復效果和運動(dòng)功能恢復。盡管大腦組織中的神經(jīng)纖維在微納尺度具有高度有序性，且對神經(jīng)信號高效傳導及神經(jīng)功能支配具有重要意義，但目前尚無(wú)研究闡明定向結構生物材料對腦組織損傷修復及大腦皮層再生的作用。
圖1.AFG再生修復大鼠腦皮層損傷示意圖AFG及體外培養神經(jīng)干細胞的掃描電鏡形貌（左）；大鼠腦皮層損傷模型示意圖（中）；AFG纖維的排列結構模擬RG纖維取向（右）；箭頭表示神經(jīng)干細胞的成熟過(guò)程
王秀梅團隊開(kāi)發(fā)的AFG具有從納米尺寸到宏觀(guān)尺度多級定向結構，仿生天然神經(jīng)系統從細胞到組織的取向結構特點(diǎn)和軟的基質(zhì)力學(xué)性能。團隊與清華大學(xué)玉泉醫院張玉琪課題組合作，模擬大腦胚胎發(fā)育過(guò)程中形成的放射狀膠質(zhì)細胞纖維的定向結構特點(diǎn)，對腦損傷大鼠進(jìn)行再生修復（圖1）。研究表明，AFG可以為腦損傷后的神經(jīng)修復提供有利的再生微環(huán)境，在大鼠腦損傷早期通過(guò)調控多種相關(guān)信號通路及神經(jīng)發(fā)生相關(guān)基因的轉錄表達水平，促進(jìn)內源性神經(jīng)干細胞的招募和神經(jīng)發(fā)生，最終促進(jìn)腦損傷后神經(jīng)分化和神經(jīng)功能恢復（圖2）。此研究對大腦損傷再生修復的生物材料設計開(kāi)發(fā)具有重要指導意義。
圖2.AFG募集內源性神經(jīng)干細胞的定向遷移和分化
上述研究成果以“取向結構誘導大腦內源性神經(jīng)干細胞的定向遷移和分化促進(jìn)腦損傷治療的神經(jīng)發(fā)生過(guò)程”（Structural alignment guides oriented migration and differentiation of endogenous neural stem cells for neurogenesis in brain injury treatment）為題，12月3日在線(xiàn)發(fā)表在生物材料領(lǐng)域頂級期刊《生物材料》（Biomaterials）上。清華大學(xué)醫學(xué)院2018級博士生柴毅為本論文的第一作者，清華大學(xué)材料學(xué)院博士后趙赫為共同第一作者，材料學(xué)院王秀梅研究員、清華大學(xué)玉泉醫院張玉琪教授為共同通訊作者。本研究得到了“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金等項目支持。
