MSCs分泌蛋白結(jié)合3D打印技術(shù)治療脊髓損傷

來源：瑞博奧生物


脊髓損傷是一種嚴(yán)重的致殘性疾病，現(xiàn)有治療方法可以對該疾病的神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥進(jìn)行對癥控制，然而對患者神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的改善作用甚微。盡管進(jìn)行了廣泛的研究，但仍然沒有針對 SCI，尤其是完全性 SCI 的有效和明確的臨床治療。

細(xì)胞移植可用于治療包括 SCI 在內(nèi)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病，MSCs 移植在臨床上受到免疫排斥、致瘤性和倫理問題的限制。許多研究表明旁分泌因子有利于MSCs的治療效果。越來越多的證據(jù)表明，分泌組在 MSCs 誘導(dǎo)的神經(jīng)再生中起關(guān)鍵作用。MSCs的分泌組包含許多由生長因子和細(xì)胞因子組成的蛋白質(zhì)，以及外泌體和微泡的囊泡部分，3D打印的生物材料，不僅可以控制體內(nèi)分泌組的釋放速率，還可以支持MSCs的粘附、存活、遷移和分化。天津大學(xué)醫(yī)學(xué)工程與轉(zhuǎn)化醫(yī)院研究院李曉紅教授與陳力群副教授最近的研究表明，基于神經(jīng)營養(yǎng)因子的組織工程技術(shù)有望成為治療 SCI 的一種策略。

膠原蛋白作為一種天然的細(xì)胞外基質(zhì)成分，因其優(yōu)異的生物相容性、生物降解性、低免疫原性和細(xì)胞粘附性而被廣泛用于各種組織工程研究。一些限制，如機(jī)械性能差、可操作性弱、膠原蛋白降解快等限制了其臨床應(yīng)用。絲素蛋白具有機(jī)械強(qiáng)度、顯著的彈性和環(huán)境穩(wěn)定性。絲素蛋白目前被用作軟組織工程和重建的生物材料。在膠原蛋白中添加絲素蛋白可以彌補(bǔ)單獨使用膠原蛋白支架的不足。在本研究中，研究團(tuán)隊嘗試制備吸附人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞（HUCMSCs）分泌蛋白組的 3D 打印膠原蛋白/絲素蛋白支架，旨在研究植入支架的修復(fù)效果及其重建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的潛力。

1 HUCMSCs形態(tài)及特征蛋白鑒定
通過使用相差顯微鏡觀察p3代的梭形HUCMSC（圖1A）。通過熒光顯微鏡檢測 hUCMSCs 中表面標(biāo)志物 CD90 和 CD105 的表達(dá)（圖1B-D）。流式細(xì)胞儀檢測結(jié)果顯示，CD90、CD105、CD73的表達(dá)率均大于95%，也證明hUCMSCs提取成功，hUCMSCs純度滿足本實驗要求（圖1E-H）。

2 高通量抗體芯片研究HUCMSCs-分泌組（ST）蛋白
為了確定 HUCMSCs 分泌組中的治療分子介質(zhì)，使用RayBiotech高通量抗體芯片（AAH-CYT-2000）分析 ST 中 174 種關(guān)鍵信號蛋白的水平。細(xì)胞因子抗體陣列的結(jié)果表明，在分析的 174 種蛋白質(zhì)中，ST 含有 79 種蛋白質(zhì)。

3 3D-C/S+ST的表征
使用 3D 生物打印機(jī)制備 3D-C/S+ST（3D 膠原蛋白/絲素蛋白支架）（圖 2A）。3D 支架是多孔的，有利于細(xì)胞粘附和生長。研究中的3D-C/S和3D-C/S+ST均表現(xiàn)出良好的結(jié)晶度，有利于支架穩(wěn)定性的形成和降解速率的控制。

4 3D-C/S+ST 表現(xiàn)出良好的細(xì)胞相容性
3D-C/S+ST和3D-C/S支架均具有細(xì)胞相容性，與3D-C/S組相比，3D-C/S+ST組更利于細(xì)胞生長。3D-C/S+ST 和 3D-C/S 表現(xiàn)出良好的細(xì)胞相容性，因此具有植入體內(nèi)進(jìn)行生物醫(yī)學(xué)研究的潛力。

5 3D-C/S+ST植入物釋放的HUCMSCs-ST促進(jìn)SCI后的運動功能和電生理活動
術(shù)后3～8周，3D-C/S+ST組左右后肢BBB評分顯著高于SCI組和3D-C/S組（P < 0.05）（圖4A-B)。術(shù)后8周，與SCI組（P < 0.01）和3D-C/S組（P < 0.05）相比，3D-C/S+ST組BBB評分顯著升高（圖4C-D）。

6 MRI和DTI提示植入3D-C/S+ST增強(qiáng)脊髓損傷后神經(jīng)纖維束再生
3D-C/S+ST 的植入可能有助于宿主脊髓中神經(jīng)纖維束的再生。

7 3D-C/S+ST植入顯著減少空洞形成，促進(jìn)損傷部位神經(jīng)纖維再生和髓鞘再生
術(shù)后8周對損傷脊髓進(jìn)行組織學(xué)分析。肉眼觀察表明，3D-C/S+ST組損傷區(qū)域與宿主組織的連接和整合比SCI組和3D-C/S組更好（圖7A）。結(jié)果表明植入 3D-C/S+ST 可以促進(jìn)損傷部位的髓鞘再生。

討論
越來越多的研究表明，源自 MSCs 的分泌組可以成為 MSCs 移植的理想替代品。源自 HUCMSCs 的分泌組包含多種蛋白質(zhì)。因此，研究團(tuán)隊假設(shè)分泌組在治療 SCI 方面可能具有良好的治療潛力。在這項研究中，研究團(tuán)隊制作了 3D 打印的膠原蛋白/絲素蛋白支架，吸附了 HUCMSCs 的分泌組，并將支架植入大鼠脊髓的損傷區(qū)域，完成脊髓橫斷。結(jié)果表明，與3D-C/S相比，3D-C/S+ST可進(jìn)一步促進(jìn)神經(jīng)再生，相應(yīng)改善運動功能。分泌組對 SCI 修復(fù)的益處與這 79 種蛋白質(zhì)有關(guān)。SCI 后自發(fā)再生能力差歸因于許多復(fù)雜的生物過程。SCI 后形成的微環(huán)境抑制有效的軸突再生。

細(xì)胞因子抗體芯片的結(jié)果表明，在分析的 174 種蛋白質(zhì)中，源自人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞的分泌組含有 79 種蛋白質(zhì)。分泌組中中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療與多種因素有關(guān)，而不是單一因素。

研究團(tuán)隊證明了攜帶 MSCs 分泌組的 3D 打印膠原蛋白/絲素蛋白支架通過在大鼠 SCI 后橋接脊髓損傷以部分重建神經(jīng)元回路來改善神經(jīng)功能障礙，這表明植入攜帶 MSCs分泌組的 3D 打印膠原蛋白/絲素蛋白支架有可能成為一種新穎且更安全的 SCI 修復(fù)療法。