脊髓损伤修复研究取得进展

2018-06-21 科技部 科技部

脊髓损伤修复是重大医学难题,不仅会给患者本人带来身体和心理上的极大伤害,严重影响患者的生活质量,还会对家庭乃至整个社会造成巨大的经济负担。日前,北京航空航天大学和首都医科大学双聘教授李晓光、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世界性医学难题。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

脊髓损伤修复是重大医学难题,不仅会给患者本人带来身体和心理上的极大伤害,严重影响患者的生活质量,还会对家庭乃至整个社会造成巨大的经济负担。

日前,北京航空航天大学和首都医科大学双聘教授李晓光、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世界性医学难题。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》(PNAS)上。

据介绍,该项研究成果在国际上具有原创性,阐明了生物活性材料诱导中枢神经系统再生的机制,形成了相应的理论体系及学说,为中枢神经损伤康复带来新的希望。

脊髓损伤多由车祸、坠落、运动及工作相关的事故导致。在中国,每年脊髓损伤新发病例达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。脊髓损伤救治的经济消耗十分惊人,美国脊髓损伤中心2017年的统计显示:在美国,依据截瘫患者损伤时的不同年龄和解剖节段,平均每位患者救治的花费为34-100万美金。科学研究显示,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(即继发性损伤),最终使损伤平面以下的功能丧失。

不论是科学界还是医学界,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,而该研究团队首次报道了脊髓内源性神经干细胞修复缺损并促进截瘫功能恢复。

该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。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。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(CST)轴突的长距离生长、感觉和运动功能长期稳定的恢复。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打下了坚实的基础。同时,该技术也提供了一种可穿越血脑屏障,将高浓度的治疗药物直接运送至目标区域,可避免系统副作用的重要手段。这一设计概念为神经胶质瘤的治疗带来了希望。

此项研究得到了国家重点研发计划的资助支持,预期在基础研究方面,进一步探索生物材料激活内源性神经发生与神经网络形成的机理;在临床前研究方面,建立非侵入性的胶质瘢痕组织边界诊断新方法;在临床试验方面,建立符合国际标准的临床试验方案,围绕脊髓损伤病例开展精确诊断、手术移植、康复训练及功能评定;在产业化方面,从产品工艺实现标准化、规模化,完成产品质量体系考核。

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