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纳米粒子或可帮助修复脊髓损伤

发布时间:2019-07-22 11:30:52        脊髓受伤的那一刻,往往意味着身体开始退化,很可能造成肢体和身躯肌肉无力、感觉丧失、运动失去控制甚至瘫痪。由于交通事故、跌伤或暴力等种种原因,全世界每年有25万~50万人脊髓受损。

       近期,美国密西根大学的生物工程学家利用一种纳米粒子,来帮助避免脊髓损伤导致的瘫痪。动物实验表明,在小鼠受伤后注射这种纳米粒子,可以有效促进脊髓神经再生,帮助恢复运动能力。这项研究成果发表于《美国科学院院刊》(PNAS)。

       这种纳米粒子之所以能发挥作用,是因为它们可以有效地“拦截”免疫细胞。免疫细胞不是帮助修复伤口的吗?通常来说是这样。被激活的免疫细胞聚集在伤口周围,积极地清除死去的细胞碎片,这个过程可以促进组织愈合,并启动再生和修复的过程。

       然而,在大脑和脊髓组成的中枢神经系统,事情有些不一样。正常情况下,血脑屏障把纷纷扰扰的免疫活动与神经细胞隔离开来。当脊髓受伤,屏障被打破,免疫细胞得以进入受伤区域,并释放致炎细胞因子。活跃的免疫反应非但没有起到帮助,还让不习惯这种“待遇”的脊髓神经组织受到更大的损伤,导致神经元迅速死亡。

       首当其冲的就是神经的髓鞘。髓鞘裹在神经纤维外面,是帮助神经传递信号的,但炎症反应会在髓鞘形成疤痕,成为脊髓神经再生的一大阻碍。

       如何避免免疫系统对神经损伤做出过度反应呢?Lonnie Shea教授提出了一个想法:“与其去克服免疫应答,我们还可以利用免疫应答来帮我们促进治疗反应。”

       带着这样的目的,研究人员设计了一种新颖的纳米粒子疗法。他们让纳米粒子来扮演受伤细胞的碎片,与循环系统中引起炎症的免疫细胞相结合,并将它们转移到脾 脏,从而间接减轻脊髓受伤区域的负担。

       这些纳米粒子由聚乳酸-羟基乙酸共聚物制成,这种材料是一种可降解的高分子有机化合物,已被FDA批准用作可再吸收缝合线。由于纳米粒子通过大小、电荷等物理特性起作用,本身不附着药物,因此避免了药物可能带来的不良反应。

       研究人员在脊髓受伤的小鼠身上检验了纳米粒子的效果。在小鼠一受伤后就通过静脉注射把纳米颗粒注入小鼠体内。连续注射一周,研究人员观察到,创伤部位聚集的先天免疫细胞明显减少,相比对照组只有1/4!相应地,在受伤4周后观察,神经纤维的疤痕也比对照组缩小了一半。


       小鼠脊髓受伤后立刻注射纳米粒子,减少致炎免疫细胞在受伤部位聚集(图片来源:参考资料[1])
       另一方面,由于改善了微环境,免疫系统中一些炎症程度较低的细胞,比如某些巨噬细胞,在注射纳米粒子后,成功到达损伤部位,帮助愈合和神经再生。

       在小鼠脊髓损伤后3个月左右时,研究人员观察到,那些受伤后立刻注射纳米粒子的小鼠,神经再生有了明显的改善。神经轴突有40%左右恢复了髓鞘,几乎与未受伤的对侧一样。与此同时,小鼠的后肢运动功能显示出明显改善。

                                       
       后肢运动功能评分显示,受伤后注射纳米粒子的小鼠相比对照组获得了显著改善(图片来源:参考资料[1]
       研究人员将这种注射型纳米颗粒比作中枢神经系统的急救药,希望可以在患者发生脑或脊髓损伤后第一时间帮助防止更严重损伤。

       这种治疗策略更令人期待的是它或许有更广泛的应用。由于可以有效地靶向免疫细胞,它除了为脊髓损伤患者带来新疗法,还有可能造福更多炎症性疾病患者。

       在Shea教授看来,“自身免疫疾病、癌症、再生等几乎所有主要疾病都建立在免疫系统的基础上。如果有工具能够靶向免疫细胞并将其重新定向从而达到预期反应,那在治疗或管理疾病方面将大有可为。”

       参考资料:

       [1] Jonghyuck Park et al., (2019) Intravascular innate immune cells reprogrammed via intravenous nanoparticles to promote functional recovery after spinal cord injury. Proceedings of the National Academy of Sciences. 10.1073/pnas.1820276116

       [2] An ‘EpiPen’ for spinal cord injuries. Retrieved Jul 18, from https://news.umich.edu/an-epipen-for-spinal-cord-injuries/


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