Biomaterials：外周神经组织样体移植可恢复大鼠后肢感觉运动功能
发布时间：2024-12-06 10:43 浏览量：6
外周神经损伤（Peripheral nerve injury, PNI）修复一直是医学领域的挑战。尽管自体神经移植是修复神经缺损的黄金标准，但其供体部位的损伤难以避免。
中山大学人体组织工程重点实验室Yuan-Shan Zeng等在Biomaterials发表研究文章“Transplantation of peripheral nerve tissueoid based on a decellularized optic nerve scaffold to restore rat hindlimb sensory and movement functions“。该研究旨在通过构建基于脱细胞视神经支架（decellularized optic nerve, DON）和NT-3传递系统的外周神经组织样（peripheral nerve tissueoids, PNT），探索其在促进神经再生中的新机制。（本研究所用AAV-NT-3-GFP病毒产品由维真生物助力提供！感染施旺细胞MOI=200）
文章主要内容
研究团队精心利用猪源视神经和坐骨神经制备了脱细胞支架，并通过扫描电镜（SEM）观察了其超微结构（图1）。DON支架展现出均匀的孔道结构，这种结构有利于神经纤维的定向生长；而坐骨神经脱细胞支架（DSN）则呈现出不规则的导管状结构。
图1：DON（a）和DSN（b）支架在扫描电镜下的微观结构。DON具有均匀分布的孔道结构，有利于神经纤维的定向生长；而DSN则呈现出不规则的导管状结构。
为了深入理解DON和DSN的生化特性，研究团队进行了深入的蛋白质组学分析（图2）。分析结果显示，DON特有高表达的COL4A6和LAMC3蛋白在神经再生中发挥着关键作用。
图2：DON和DSN的差异表达蛋白热图 通过热图形式展示了DON和DSN之间差异表达的蛋白质。其中，COL4A6和LAMC3等关键蛋白在DON中高表达，这些蛋白对神经再生具有重要作用。
在PNT的构建过程中，研究团队将过表达NT-3的雪旺细胞（SCs）接种到DON支架上。通过体外培养验证，PNT的结构和功能均表现出完整性。在PNT中，LAMC3能与NT-3结合形成富集区，有效促进TrkC阳性SCs的定植和神经纤维的生长（图3）。
图3.PNT中LAMC3与NT-3的相互作用: 在PNT中，LAMC3作为基底膜的主要成分之一，能与NT-3结合形成富集区。这种相互作用不仅促进了NT-3的局部富集，还为TrkC阳性SCs提供了理想的生长环境，从而有效促进了神经纤维的再生。
PNT通过趋化、粘附和内在驱动三重机制促进神经再生：NT-3通过结合TrkC受体吸引轴突生长，LAMC3增强轴突粘附能力，而NT-3/TrkC和LAMC3/整合素aVβ6的相互作用则激活了PI3K-AKT信号通路，进一步刺激神经元内在的再生能力。
研究团队通过步态分析、机械痛觉敏感性测试和电生理检查等方法全面评估了PNT在修复大鼠坐骨神经损伤中的效果。结果显示，PNT移植组大鼠的步态、感觉功能和运动神经传导速度均接近正常对照组和自体神经移植组，显著优于其他移植组。
该团队通过组织学观察进一步证实了PNT在促进神经再生方面的优异表现。PNT移植组大鼠坐骨神经中再生神经纤维数量多、排列整齐且髓鞘形成良好；同时，肌肉湿重比、肌纤维直径和数量等指标也表明PNT移植能显著减少目标肌肉萎缩（图4）。
图4：PNT移植后神经再生与肌肉恢复情况。在PNT的作用下，受损的神经纤维得到有效再生并形成完整的髓鞘结构；同时，目标肌肉也得到了良好的恢复，避免了萎缩的发生。
通过逆行追踪和前行追踪实验，研究团队还发现PNT移植能促进运动神经纤维从脊髓前角再生至移植区域，并能引导感觉神经纤维从背根神经节（DRG）再生至足部皮肤，从而实现神经路径的重建（图5）。
图5：PNT移植后神经路径重建。在PNT的作用下，运动神经纤维和感觉神经纤维分别实现了从脊髓前角和DRG向目标区域的再生和投射，从而恢复了神经功能的完整性。
转录组分析揭示了PNT移植后DRG中趋化因子信号通路、ECM-受体相互作用及PI3K-AKT信号通路的激活情况。这些通路的激活与PNT促进神经再生的机制相吻合，进一步证实了PNT的有效性。
总结展望
该研究首次将DON支架与过表达NT-3的雪旺细胞结合，构建了高度仿生的PNT。PNT在促进神经再生、减少供体损伤等方面展现出显著优势，具有广阔的临床应用前景。随着材料科学和基因编辑技术的不断进步，PNT有望在临床应用中发挥更大的作用，为神经损伤患者带来福音。