注射水凝胶的最新创新

作者：王力增 首都医科大学附属北京同仁医院

目前还没有潜在的治疗方法可以改善创伤或疾病后的中枢神经系统（CNS）再生。事实上，通过血脑屏障（BBB）的药物渗透有限、药物靶向性差、祖细胞神经细胞缺乏和成熟神经细胞增殖有限，严重损害了中枢神经系统的再生。为了克服这些限制，生物工程可注射水凝胶与药物和细胞治疗相结合，以模拟中枢神经系统微环境和结构的复杂性。此外，为了增强相关的中枢神经系统再生，需要适当的生物物理和生化提示。最近，人们致力于将刺激响应性水凝胶作为新型载体系统，引导神经组织再生。本文综述了神经组织工程最有前景的可注射水凝胶。特别强调了这些水凝胶在暴露于内部和外部刺激时去肝生物活性化合物/细胞的能力。生物活性可注射水凝胶在中枢神经系统再生中具有广泛的应用。本文综述了使用刺激响应性水凝胶治疗多种神经退行性疾病的中枢神经系统恢复的最新开拓性方法。
阿尔茨海默病、帕金森病、癫痫、脑卒中、缺血、多发性硬化和胶质母细胞瘤等神经系统疾病被认为是中枢神经系统（CNS）的主要疾病。其后果主要是使人衰弱，在某些情况下，患者会遭受永久性残疾。例如，多形性胶质母细胞瘤（GBM）是一种恶性脑肿瘤，由于其生长迅速，预后不良，难以治疗。同样，其他创伤事件，如脊髓损伤（SCI）和外伤性脑损伤（TBI），连同出血（如原发性脑内出血，PICH），会导致实质性肿块的丢失，导致神经组织结构的彻底破坏。此外，胶质瘢痕和囊性腔的形成中断了轴突束，导致永久性神经缺陷和残疾。此外，与其他器官和组织（如肝、肺、皮肤、骨）相比，任何类型的损伤后中枢神经系统的再生潜力降低，以及由此产生的瘢痕形成通常被视为阻碍中枢神经系统组织恢复和/或再生的主要障碍。目前，没有吸引人的治疗方法能够完全促进中枢神经系统的愈合。在过去的几十年中，一些令人鼓舞的动物研究使用新的生物分子或介质，如N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受体拮抗剂和单克隆抗体，在中枢神经系统再生中显示了增强的神经网络恢复。然而，在临床试验中用于中枢神经系统再生的相同介质显示出不成功的再生能力。目前，用于治疗或缓解中枢神经系统疾病的新候选药物的市场准入成功率普遍较低(∼在临床试验的所有阶段，失败率>30%，开发和批准的时间比任何其他药物靶向系统长18%。除此之外，还有其他几个原因导致临床过渡延迟。首先，中枢神经系统尚未完全被理解，对一些关键的细胞和分子途径以及愈合机制的知识非常缺乏，限制了新疗法的发现和发展。其次，BBB是一种高度选择性的半透膜，只允许低分子量和非极性分子（<400Da）进入中枢神经系统，极大地减少了用于新疗法的有前景的生物分子的数量。第三，神经实质的固有特性，如祖神经细胞不足、成熟神经细胞再生、增殖和迁移能力缓慢，以及微环境的生化特征，是神经系统再生能力有限的原因。为了克服这些限制，已经提出使用干细胞在基于细胞的治疗、疾病建模和药物测试中提供当代策略，以改善中枢神经系统再生。事实上，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，干细胞移植的临床效果受到细胞存活率低、细胞分化失控和与宿主组织整合无效的限制。
本文综述了生物活性可注射水凝胶的最新创新，重点是为新的可注射系统设计量身定制内/外刺激响应水凝胶，以指导神经组织响应。目的是强调热响应、光响应、磁响应、电响应、超声响应和酶触发可注射水凝胶在开发可定制神经治疗中的优势和局限性。我们相信，这一全面的重新审视将有助于确定现有文献中的优势和差距，并进一步支持使用可注射水凝胶刺激中枢神经系统再生