干细胞能够修复受损的神经结构

作者：刘国伟 北京市朝阳区团结湖社区卫生服务中心

干细胞能够修复受损的神经结构，因为它们能够诱导神经细胞分化，刺激神经再生然而，干细胞移植的临床疗效受到细胞存活率差、细胞分化不受控制和与宿主组织整合无效的限制在一些病理条件下，如脊髓损伤、PICH和TBI，实质肿块的丢失会导致神经组织结构的根本性破坏，并伴有严重和永久性的神经功能缺陷和残疾为了取代被破坏的神经组织结构，生物材料和肿瘤工程的最新进展已经提出了可植入或可注射的生物工程生物材料的应用。

为了代表一种外科手术用组织的替代品，工程支架应：(1)从纳米到宏观尺度模拟天然结构；(2)显示适当的机械、导电和结构特性；(3)提供适当的生物物理和生化线索诱导细胞生长、增殖和分化；(4)确保技术设计的再现性。

在这种情况下，水凝胶在生理上表现出软组织的特性，可能作为干细胞的模拟生态位事实上，水凝胶可以直接注入到缺陷部位，作为粘性溶液，形成任何按需的形状，以匹配不均匀的缺陷。此外，特定的交联机制可以提供精确的水凝胶化理论和水凝胶结构的精确控制，这对靶向应用有重大影响。除此之外，水凝胶的凝胶化可以通过选择合适的聚合物类型、其分子量、交联剂的浓度和化学/物理交联的程度(如紫外线、pH和温度变化)来定制。

此外，水凝胶可用于药物和细胞的封装，克服了传统药物传递的限制，以及细胞治疗系统。此外，水凝胶还可以用于设计中枢神经系统再生的三维体外模型。体外修复神经环境有助于了解几种中枢神经系统疾病的机制，研究新的药物的分布，克服2D细胞研究的内在局限性。

此外，最近还作出了有希望的努力定制内部或外部刺激反应水凝胶作为神经组织工程的瓷砖平台。尽管有了这样的研究努力，但到目前为止，还没有关于水凝胶的临床试验，或基于生物材料的中枢神经系统再生治疗的一般临床试验完全完成。本综述的目的是概述在神经组织工程中最有前途的方法。在这里，我们强调了可注射的水凝胶对生物活性化合物/细胞传递到中枢神经系统的作用，以及在暴露于外部和外部刺激时调整水凝胶的物理特性的可能性。

 生物活性水凝胶设计水凝胶被定义为三维(3D)亲水聚合物体系，具有可调的物理化学性质和良好的生物相容性，允许细胞在人工有利的环境中生长。植入后的这些水凝胶可以提供适当的三维微结构，有利于靶向损伤部位的组织再生.

在神经再生的背景下，水凝胶是一种相反的生物替代品，旨在满足某些要求。水凝胶应具有适当的亲硫性（可喷射性、剪切变薄和自愈合）特性，以支持剪切应力下的粘性流动和松弛时的时间依赖性恢复。此外，水凝胶应该是生物复合的和可生物降解的，使宿主组织形成，并允许水凝胶随着时间的推移分解。最后，水凝胶必须是多孔的，具有最佳的孔径和连通性，以促进细胞之间的相互作用、细胞的空间分布和增殖以及细胞外基质的形成.

在神经再生环境中，水凝胶主要作为一个局部运输系统，同时将药物和其他信号分子传递到病变部位。它们还可以通过支持细胞的附着、神经突的生长、增殖和分化来解除警报来控制宿主的神经组织。在SCI、TBI中，轴突可以通过促进TBI或PICH的生长、修复和恢复来感知面部微地形图的改变事实上，在水凝胶基质中，轴突的生长和发育依赖于一些相关的因素。

首先，神经膜所经历的机械应力在形态和功能结果上有几个作用。为此目的，水凝胶可以为神经生长的提供物理指导线索。例如，在机械刚度降低的DNA交联水凝胶上培养的脊髓神经元(同样，在钙交联海藻酸盐水凝胶中培养的新干细胞 与弹性模量为较硬的水凝胶相比，弹性模量为180Pa的神经元标记物(β-III微管蛋白)的表达显示出20倍的折痕酶 这表明神经分化与水凝胶刚度之间存在相关性。