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北航李晓光教授团队:破解成年非人灵长类脊髓损伤修复难题
李明 2018-06-03
导语

最新发表的科研成果证明,生物材料治疗脊髓损伤的方法在非人灵长类脊髓损伤模型中取得实质性的成功,为其在临床治疗脊髓损伤中的潜在应用提供了坚实的基础。

日前,北京航空航天大学李晓光教授、上海同济医院孙毅教授及首都医科大学杨朝阳教授带领团队,历时20余年成功破解成年非人灵长类脊髓损伤修复这一医学难题。该团队首次证明,我国自主研发的活性生物材料可改善损伤局部微环境,促进非人灵长类恒河猴的皮质脊髓束(CST)长距离再生,越过损伤区与宿主脊髓建立起功能性神经网络从而使截瘫肢体功能恢复,相关研究成果于5月29日发表在《美国科学院院刊》上,北京航空航天大学为第一完成单位。

在我国,每年脊髓损伤新发病例为12万例;在美国,每年新增脊髓损伤病例1.7万例。脊髓损伤通常发生在青壮年时期,导致病患运动和感觉功能损害、神经性疼痛、僵直等。成年哺乳类脊髓损伤不仅会破坏最初的脊髓解剖结构,导致细胞死亡,还会由于炎症、脱髓鞘和胶质细胞增生等原因触发二次损伤,最终使损伤平面以下的功能丧失。

对于成年哺乳类的脊髓损伤一直没有有效的干预或修复手段。在过去的几十年里,成年中枢神经系统的特化区域发现了内源性的多潜能干细胞,在应用内源性神经干细胞治疗中枢神经系统损伤和神经退行性疾病取得了一定的进展。这些内源性的干细胞可以持续地分化成神经元,神经元可以参与新环路的形成,导致神经损伤后的部分功能的恢复。但上述这些研究仅限于活化并募集脑部内源性神经干细胞。

行为学:NT3壳聚糖治疗后恒河猴下肢行走能力得到一定程度的改善

研究团队在2015年发现成年啮齿类中枢神经系统中内源性的神经干细胞可被激活,募集并迁移至病损部位分化为成熟的神经元,继而与宿主已有的神经环路整合,导致截瘫功能恢复。此神经网络中继站理论解决中枢神经系统轴突长距离生长难题,为中枢神经再生提供了新的理论依据。

研究团队在国际上首次提出“成年内源性干细胞孵化学说”。在该学说中,研究人员将内源性干细胞的孵化看作育种,中枢神经系统的脑或脊髓的病损部位比喻为“土壤”,通常充满各种炎性因子和抑制因子,水肿,缺氧,就像盐碱地,而存在于成年哺乳类脑和脊髓内的神经干细胞大多处于静息状态,就像“蛰伏的种子”。

研究团队自主研发的活性生物材料可以长期控制释放神经营养因子,改善被认为是“土壤”的损伤局部微环境,激活“蛰伏的种子”——内源性神经干细胞,募集其迁移至病损部位分化为成熟的神经元,新生的神经元可与宿主细胞形成功能性的神经环路最终导致功能恢复。

形态学:组织学分析显示在脊髓损伤后NT3-壳聚糖导管促进神经组织的再生与重构

研究人员使用活性生物可降解材料支架诱导非人灵长类恒河猴脊髓损伤后稳定的神经再生,包括皮质脊髓束轴突的长距离生长、感觉和运动功能长期稳定的恢复。研究人员借助了一系列的非侵入性检测手段,例如功能磁共振成像、磁共振弥散张量成像以及运动学步态分析等方法进行实验效果评估。最新发表的科研成果证明,生物材料治疗脊髓损伤的方法在非人灵长类脊髓损伤模型中取得实质性的成功,为其在临床治疗脊髓损伤中的潜在应用提供了坚实的基础。

《科技日报》5月31日头版“成年哺乳类中枢神经损伤不能再生结论被颠覆”、《人民日报》6月1日“受损神经有望再生”、《光明日报》6月1日“高等灵长类恒河猴脊髓再生获重大突破”等文章报道了该项成果。

附:美国国家科学院、美国国家医学院、美国文理学院院士,美国斯坦福大学医学院终身教授,2013年诺贝尔生理学及医学奖获得者ThomasC. Südhof(托马斯·聚德霍夫)教授对该成果的评价

“本次在《美国科学院院刊》(PNAS)上发表的论文是由李晓光和孙毅团队共同领导的研究,这也是两位作者之前两篇论文的重要延伸。以前的文章在啮齿动物中证实,植入生物活性材料能够修复脊髓损伤后神经的连接。本次的研究表明,猴子可以获得相似的积极效果。生物活性材料发挥的巨大作用对于治愈人类的神经损伤的目标是振奋人心的。这项研究十分重要,不仅因为它证实了在啮齿类动物以及非人灵长类动物的作用,而且由于该研究基于丰富和大量的样本,这激发了科学家们对结果的信心。当下最重要的目标是实现其他科学家对这些研究结果的重复验证。这是必要的,因为生命科学的结果可能会无意中出现错误,而且由于当前研究的影响非常显着,需要独立重复的实验来激发同领域科学家对结果的信心,之后才可以考虑进行临床试验。此外,还需要对植入的活性材料进行更好的描述,以便科学界可以独立生产植入材料。简言之,这项研究代表了生物活性材料一项重要的进展,也是治疗脊髓损伤研究的一项重大进展,并且这将是首次让治愈破坏性病症成为可能。”

文章链接:

Jia-Sheng Rao, et al, "NT3-chitosan enables de novo regeneration and functional recovery in monkeys after spinal cord injury," Proceedings of the National Academy of Sciences May 2018, 201804735; DOI:10.1073/pnas.1804735115

(本文来源:北京航空航天大学新闻网;)


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作者 李明

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北京航空航天大学

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  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
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