2022年03月13日 10:00
【科學快訊】
以色列的研究人員設計出的功能性人類脊髓植入物，可幫助脊髓受傷的人恢複行走。這項技術通過模擬脊髓的胚胎發育過程，將人體其他部位的組織進行轉化。該脊髓植入物可使80%的慢性癱瘓小鼠恢複行走。
每年，全世界有多達50萬人遭受脊髓損傷。其中絕大多數由創傷事件引起，包括突然的打擊性骨折、脫臼、粉碎以及一個或多個椎骨壓迫，還有被外物穿透身體造成的脊髓切斷。此類創傷性脊髓損傷對健康和生活質量都有著災難性的影響。
在初次損傷後的幾周內，由炎症和其他症狀引起的進行性組織損傷通常會導致疤痕組織的形成。這種膠質瘢痕不利於細胞生長，妨礙組織修複和自然神經再生。治療癱瘓的策略集中在橋接疤痕組織以重新連接脊髓。但這並不容易，令脊髓再生的細胞會被患者的免疫系統排斥，並且它們還缺乏一種得以在膠質瘢痕的惡劣微環境中生長結構基質。
特拉維夫大學（Tel Aviv University）的組織工程專家 Tal Dvir 和他的同事們認為，解決問題的關鍵是將脊髓植入物培植到病人自身的組織中。幾年前，他們開發了一種新的技術來制造這種植入物。他們從患者的腹部脂肪中提取小樣本，制造出一種溫度敏感的水凝膠和幹細胞，能夠產生幾種不同類型的細胞。研究人員證明，水凝膠通過生產包括心髒和脊髓組織在內的多種功能植入物，以促進細胞以自然的方式生長。
Dvir解釋說，像所有組織一樣，腹部脂肪由細胞和細胞外間質組成。他說：「在將細胞從細胞外間質分離出來之後，我們利用基因工程重新編碼這些細胞，使它們恢複到類似於胚胎幹細胞的狀態——也就是說，能變成體內任何類型的細胞。從細胞外間質中，我們研制出了個性化水凝膠，將其植入後不會引起免疫反應或排斥反應。然後將幹細胞封裝在水凝膠中，在一個模擬脊髓胚胎發育的過程中，將這些細胞轉化為含有運動神經元的神經網絡的3D植入物。」
在《先進科學》（Advanced Science）上發表的最新研究中，研究人員在老鼠身上植入了實驗室培養的脊髓植入物。這些植入物用豬的細胞外間質和人類腹部脂肪產生的幹細胞制成的。當老鼠在第一個脊髓損傷後立即接受移植時，100% 的老鼠恢複了行走能力。然而，在這個階段治療人類是不切實際的，因為人類的受傷程度尚未可知，而且設計個性化的植入物需要數周時間。
為了測試一個更加現實的情況，即疤痕組織已經完全發育並且恢複已經達到平衡，研究人員在脊髓損傷6周的小鼠體內放入植入物。研究人員解釋說，這類似於人類受傷後一年的情況。六周後，80% 的老鼠又能走路了。
纖維束造影：根據穿過脊髓損傷部位的神經元束數量來判斷，用植入物治療的小鼠在受損神經元束的保存或修複方面表現得更好。左上：治療前 右上：細胞 左下：水凝膠 右下：植入物 | Sagol再生生物技術中心
小鼠的恢複速度很快。治療後四周，醫學成像顯示出完好的神經纖維穿過了損傷部位。在接受植入物後的幾個星期裏，老鼠走路時錯步減少，表明其逐漸在協調性、腳部感覺、運動和知覺恢複等方面均有所改善。實驗動物在接受脊髓植入後四周進行運動測試，其各種感覺均顯示出明顯的恢複。
用石墨烯治療脊髓損傷
「全世界有數以百萬計的人由於脊髓損傷而癱瘓，但是仍然沒有有效的治療方法。」Dvir 說，「幼時受傷的人注定要在輪椅上度過餘生，承擔癱瘓帶來的所有社會、經濟以及與健康有關的代價。我們的目標是為每一個癱瘓的人制造個性化的脊髓植入物，使受損組織能夠再生而不會有排斥的風險。」
參考文獻
