新的水凝膠干細胞療法可修復受損的腦組織

墨爾本大學和澳大利亞國立大學的研究人員開發了一種新的“混合”水凝膠，它允許臨床醫生安全地將干細胞輸送到小鼠腦損傷部位。

水凝膠是一種水基凝膠，可用于將物質輸送到體內，并可用于促進新細胞的有效生長。

圖：與注射不含肌紅蛋白的水凝膠相比，注射含有肌紅蛋白的水凝膠 28 天后的小鼠腦組織顯示出更大體積的健康移植腦組織

近期發表于《自然》雜志子刊Nature Communications的這一概念驗證突破解決了干細胞研究人員自 1980 年代以來面臨的一個主要挑戰，保持干細胞存活足夠長的時間，以便在將它們插入人體后進化成創建新組織所需的細胞身體受損的部位。

水凝膠提供在注射過程中保持干細胞存活所需的干細胞和氧氣，并確保干細胞進化成產生新組織以修復損傷所需的細胞類型。研究人員認為，這一進展將有利于大腦和中樞神經系統以外的許多其他身體部位的干細胞治療。

開發水凝膠的團隊由墨爾本大學教授、Graeme Clark 生物醫學工程研究所所長 David Nisbet 共同領導；和澳大利亞國立大學 (ANU) 教授 Colin Jackson，他是肽和蛋白質科學創新以及合成生物學澳大利亞研究委員會卓越中心的成員。

Nisbet 教授說：“中風等受傷后，大腦中會出現死區，包括血液系統。因此，在血液系統修復之前，我們需要臨時的血液供應來支持細胞。這種獲得專利的水凝膠提供了這一點。

“很少有藥物可以治療中風或帕金森氏癥等疾病，而且療效甚微。目前沒有可以逆轉這些情況的治療方法。”

杰克遜教授說，這一突破將引起全球研究人員和臨床醫生的興趣，并可能導致許多革命性的醫學治療。

“概念驗證現已在小鼠大腦中得到證實，但該研究代表了開發可注射納米材料的通用策略，可用于多種應用，包括細胞移植、基因和藥物輸送、3D 體外疾病模型和器官-片上技術，”杰克遜教授說。

經過五年的研究，該團隊發現，將一種基于肌紅蛋白的合成蛋白質——一種在抹香鯨和馬的心肌中以高濃度存在的天然蛋白質——添加到水凝膠中，可以提供持續的氧氣釋放，以確保干細胞在傳遞過程并發育成修復腦組織所需的細胞類型。

鯨魚和其他深潛動物被認為在它們的肌肉組織中進化出了高濃度的肌紅蛋白，因此它們可以在潛水時慢慢吸收盡可能多的氧氣。同樣，人們認為馬已經進化出更高濃度的肌紅蛋白，因此它們可以跑得更遠。

墨爾本大學教授克萊爾·帕里什 (Clare Parish) 進行了小鼠研究，并表示研究結果是在受傷的腦組織中取得的，這增加了為未來人類治療培育新組織的可能性。

“我們看到含有肌紅蛋白和干細胞的水凝膠修復了受損的腦組織。交付水凝膠 28 天后的分析顯示，與不含肌紅蛋白的水凝膠相比，健康大腦功能所需的新干細胞的存活和生長顯著增強，”Parish 教授說。

“我們觀察到新組織可以以與健康腦組織類似的方式受到刺激，從而首次證明在水凝膠內輸送氧氣可實現干細胞移植的長期存活和整合。”