脊髓损伤（Spinal Cord Injury, SCI）的修复是一个导致中枢神经系统严重创伤的问题，通常由交通事故、跌倒、运动或暴力相关的伤害引起。由于成熟的脊髓缺乏自我再生能力，SCI常常导致不可逆的运动、感觉和自主神经功能障碍。尽管现有的临床治疗方法包括手术干预、药物治疗和康复训练，但它们通常无法有效恢复神经功能。因此需要探索了如干细胞移植和生物工程神经导管等先进策略，以期为SCI修复提供更有效的治疗方案。特别是，生物工程神经导管因其能作为细胞/药物递送的保护平台，并同时提供有利于细胞分化和神经再生的物理/生化指导信号，显示出巨大的临床转化潜力。
研究简介
多通道结构的设计：
研究者们通过改进的定向冷冻铸造策略（Directional Freeze-Casting, DFC）制备了具有分层通道和对齐的层状孔结构的仿生丝素神经导管（BNC）。这种分层结构为MSCs和SCs在特定通道中的定居提供了适当的空间，从而生成了类似于天然脊髓细胞时空分布的BNC@MSCs/SCs。这种设计灵感来源于天然脊髓的解剖结构，其中灰质位于中央，白质环绕周围。灰质主要包含负责神经控制的神经元细胞体，而白质主要由连接神经细胞以传递信号的神经纤维（轴突）组成。
体外实验结果：
体外实验结果显示，BNC@MSCs/SCs多细胞系统促进了SC的迁移和MSC的分化，这对于神经再生和功能恢复至关重要。此外，BNC@MSCs/SCs还能够促进人脐静脉内皮细胞（HUVECs）的管状结构形成和巨噬细胞的M2极化，这表明BNC@MSCs/SCs具有促进血管生成和抗炎作用的潜力，这对于SCI修复后的神经再生和重塑至关重要。
体内实验结果：
在体内实验中，研究者们使用了完全脊髓横断模型的Sprague-Dawley（SD）大鼠来验证BNC@MSCs/SCs对运动功能恢复和SCI修复的治疗效果。结果显示，BNC@MSCs/SCs组的大鼠在手术后2周内BBB（Basso, Beattie & Bresnahan）评分明显高于其他组，表明BNC@MSCs/SCs对SCI修复具有显著的促进作用。8周后，BNC@MSCs/SCs组的BBB评分显著高于BNC@MSCs、BNC和对照组，显示出BNC@MSCs/SCs在促进SCI修复和功能恢复方面的优越性。
组织修复和功能恢复：
通过组织学评估，研究者们发现BNC@MSCs/SCs组的损伤部位被实体组织填充，并与周围正常组织紧密连接，表明BNC@MSCs/SCs能够有效桥接SCI损伤间隙，并提供指导性微环境以促进组织再生。此外，BNC@MSCs/SCs组在减轻胶质瘢痕形成、促进神经元再生和髓鞘重建方面表现出色，这有助于改善组织修复效果和功能恢复。
膀胱功能保护：
SCI后膀胱功能障碍是最常见的并发症之一，有效的脊髓神经功能恢复可以减轻尿路损伤。研究者们观察到BNC@MSCs/SCs组在第56天时膀胱体积与Sham组相近，表明BNC@MSCs/SCs植入后能够维持膀胱功能，进一步支持了BNC@MSCs/SCs对SCI修复的益处。
神经再生能力评估：
通过免疫荧光染色，研究者们评估了BNC@MSCs/SCs在体内促进神经再生的能力。结果显示，BNC@MSCs/SCs组在损伤部位和边缘区域的GFAP阳性瘢痕组织较少，而Tuj1阳性新生神经元较多，表明BNC@MSCs/SCs不仅促进了新生神经元的形成，还支持了残留成熟神经元的存活。此外，Luxol fast blue（LFB）染色进一步证实了BNC@MSCs/SCs组在促进髓鞘再生方面的效果，这与免疫荧光染色的观察结果一致。
链接：https://doi.org/10.1002/adma.202411628
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