組織工程已經成為治療脊髓損傷 (SCI) 頗有前途的策略。選擇一種合適的神經組織工程支架材料用於SCI後的功能恢復至關重要。由於具有良好的生物相容性，脫細胞基質支架已被作為理想的生物材料用於血管、骨、軟骨、肺和周圍神經等各種組織的重建。大量研究報道在損傷脊髓內植入脫細胞脊髓 (DSC) 可在SCI後可獲得一定的結構或功能改善，但較差的力學性能 (0.564 MPa) 降低了DSC支架的移植效果。京尼平等交聯可以將DSC支架的彈性模量提高至正常脊髓的一半 (1.541 MPa)，但這種力學強度很難克服SCI後纖維瘢痕形成導致的組織收縮。因此，單獨植入DSC容易出現支架坍塌和植入位點的明顯纖維化。近期，來自中山大學的曾湘研究員團隊開發了一種力學性能增強的DSC支架並用於SCI的修復與再生。
研究人員首先製備了凍干DSC支架，然後利用靜電紡絲將PLGA紡在DSC支架表面獲得PLGA-DSC支架。H&E和Hoe染色結果顯示DSC中細胞成分被去除，同時可以分辨脊髓灰質區和白質區。SEM結果顯示DSC和PLGA通過PLGA納米纖維緊密結合。利用蛋白質組學分析比較DSC、胚胎脊髓 (ESC) 和成年大鼠脊髓 (SC) 支架的蛋白質表達譜。結果顯示與SC和ESC支架相比，DSC支架中的纖連蛋白、層黏蛋白、纖維蛋白原1和膠原蛋白的含量更高 (圖1)。
電紡PLGA薄殼提高了DSC支架的力學性能（壓縮模量提高10倍）。將PLGA-DSC和DSC支架植入脊髓損傷部位 (缺損面積2 mm) 7天後，通過組織學檢查評估周圍結締組織對支架的浸潤情況。H&E染色顯示PLGA薄殼仍然存在於支架的外層。PLGA-DSC支架的縱軸與宿主脊髓的縱軸平行。損傷/植入區未見明顯的周圍組織壓迫。然而，由於沒有受到PLGA外殼的保護，DSC支架被擠壓到損傷/植入區中心，周圍被緻密的嗜鹼性細胞層和嗜酸性膠原富集區所包圍。植入的DSC支架發生扭曲，失去原有的方向。這表明薄的PLGA外殼提供了足夠的力學強度來承受來自周圍纖維化瘢痕的壓縮。高倍圖像顯示在PLGA外殼外有一層薄薄的腦膜成纖維細胞，很少有細胞遷移到PLGA外殼並穿透這一屏障。相反，大量的成纖維細胞聚集在腦膜下。通過免疫染色檢測瘢痕收縮的主要標誌物α-平滑肌肌動蛋白 (α-SMA) 和肌成纖維細胞的標誌。PLGA外殼外側的細胞表現出較強的α-SMA表達，而在外殼內側 (即DSC基質內部) α-SMA陽性細胞則很少，這表明該屏障賦予支架對纖維化組織侵襲的顯著彈性。然而，在沒有PLGA屏障的情況下，肌成纖維細胞直接滲透到DSC支架中。這些結果表明，PLGA薄殼可作為隔離腦膜成纖維細胞浸潤的有效屏障，為神經再生提供了相對較少纖維化侵襲的微環境(圖3)。
為了評估NSC和支架之間的相互作用，通過檢測NSC標誌物Musashi-1 (Msi1) 來定量分析內源性NSC的數量。PLGA-DSC組中觀察到明顯的Msi1陽性細胞遷移軌跡，即從宿主脊髓區域向損傷/植入區域遷移。PLGA-DSC支架內發現大量Msi1陽性細胞聚集，並粘附在DSC基質上。為了進一步驗證NSCs的存在，通過免疫染色對Mis1和Nestin進行雙染色。在損傷/植入部位，大多數Mis1陽性細胞同時表達Nestin，再次證實它們是NSC。這些結果表明，DSC基質可能創造了一個有利於NSC粘附和生長的神經發生生態位 (圖4)。
該研究中，DSC支架創造了一個有利於NSC生長和神經元分化的神經原性生態位，電紡絲PLGA外殼提供的力學支撐允許PLGA- DSC支架在SCI後的纖維壓縮過程中保持其結構完整性，從而為神經發生提供一個穩態微環境。因此，大量內源性NSC遷移並粘附在PLGA-DSC支架上，其中大部分在損傷脊髓中分化為神經元表型。綜上所述，力學適配的PLGA-DSC支架在SCI修復中具有良好的應用前景。
該研究由來自中山大學的曾湘研究員團隊完成，於2021年10月發表於Biomaterials。
論文信息: Yuan-huan Ma, Hui-juan Shi, Qing-shuai Wei, Qing-wen Deng, Jia-hui Sun, Zhou Liu, Bi-qin Lai, Ge Li, Ying Ding, Wan-ting Niu, Yuan-shan Zeng, Xiang Zeng*. Developing a mechanically matched decellularized spinal cord scaffold for the in situ matrix-based neural repair of spinal cord injury. Biomaterials 2021, 279: 121192.
供稿：魏強
審校：朱彩虹
編輯：劉長江
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