脊髓组织修复的新方法

研究人员称，在组织工程领域现有实践的基础上，UL以纳米颗粒形式开发的新型混合生物材料成功合成，以促进脊髓损伤后的修复和再生。

由UL工程学院副教授Maurice N Collins教授和UL博士候选人Aleksandra Serafin领导的UL团队使用了一种新型脚手架材料和一种独特的新型导电聚合物复合材料来促进新的组织生长和生成，可以促进脊髓损伤的治疗。

柯林斯教授解释说:“脊髓损伤仍然是一个人一生中最虚弱的创伤性损伤之一，影响到一个人生活的方方面面。”

“这种使人衰弱的疾病会导致损伤水平以下的瘫痪，仅在美国，脊髓损伤患者每年的医疗保健费用就高达97亿美元。由于目前没有广泛可用的治疗方法，对这一领域的持续研究对于找到改善患者生活质量的治疗方法至关重要，研究领域转向组织工程以寻求新的治疗策略。

组织工程领域旨在解决捐献器官和组织短缺的全球性问题，其中出现了导电生物材料形式的新趋势。人体内的细胞会受到电刺激的影响，尤其是传导性质的细胞，如心脏或神经细胞，”柯林斯教授解释说。

该研究小组描述了人们对使用导电组织工程支架越来越感兴趣，这种支架是由于细胞暴露于导电支架时细胞生长和增殖的改善而出现的。

“提高生物材料的导电性以开发这种治疗策略通常集中在添加导电成分，如碳纳米管或导电聚合物，如PEDOT:PSS，这是一种商用导电聚合物，迄今为止已用于组织工程领域，”主要作者Aleksandra Serafin解释说，他是伯纳尔大学和UL科学与工程学院的博士候选人。

“不幸的是，在生物医学应用中使用PEDOT:PSS聚合物时仍然存在严重的局限性。这种聚合物依赖于PSS成分使其具有水溶性，但当这种材料被植入体内时，它表现出较差的生物相容性。

“这意味着一旦接触到这种聚合物，身体就会产生潜在的毒性或免疫反应，这在我们试图再生的已经受损的组织中并不理想。这严重限制了哪种水凝胶成分可以成功地结合在一起，形成导电支架。”她补充道。

为了克服这一限制，研究人员开发了新型PEDOT纳米颗粒(NPs)。导电性PEDOT NPs的合成允许对NPs的表面进行量身定制的修饰，以实现所需的细胞响应，并增加可纳入水凝胶成分的可变性，而不需要PSS的存在来实现水溶性。

在这项工作中，由明胶和免疫调节透明质酸组成的混合生物材料(Collins教授在UL开发了多年的材料)与开发的新型PEDOT NPs相结合，以创建生物相容性导电支架，用于靶向脊髓损伤修复。

对这些精确设计的支架的结构、性质和功能关系进行了完整的研究，以优化损伤部位的性能，包括用大鼠脊髓损伤模型进行的体内研究，该研究由Serafin女士在与加州大学圣地亚哥分校神经科学系的富布赖特研究交流期间进行，后者是该项目的合作伙伴。

“在生物材料中引入PEDOT NPs提高了样品的导电性。此外，植入材料的力学性能应该模仿组织工程策略中感兴趣的组织，开发的PEDOT NP支架与原生脊髓的力学值相匹配，”研究人员解释说。

用干细胞体外和脊髓损伤动物模型研究了对所开发的PEDOT NP支架的生物学反应。他们报告说，在支架上观察到良好的干细胞附着和生长。

根据这项研究，测试表明，与没有植入PEDOT NP支架的损伤模型相比，植入PEDOT NP支架的脊髓损伤部位有更多的轴突细胞迁移，并且疤痕和炎症水平更低。

研究小组说，总的来说，这些结果显示了这些材料在脊髓修复方面的潜力。

塞拉芬女士解释说:“脊髓损伤对患者生活的影响不仅是身体上的，还包括心理上的，因为它会严重影响患者的精神健康，导致抑郁、压力或焦虑的发生率增加。”

“因此，治疗脊髓损伤不仅能让患者再次行走或移动，还能让他们充分发挥自己的潜力，这使得这样的项目对研究和医学界至关重要。”此外，为脊髓损伤提供有效治疗的整体社会影响将导致与治疗患者相关的医疗保健成本的降低。

“这些结果为患者提供了令人鼓舞的前景，我们正在计划对这一领域进行进一步的研究。

“研究表明，脊髓损伤远端运动神经元的兴奋性阈值往往更高。未来的项目将进一步改进支架设计，在支架中创建导电性梯度，向病变远端增加导电性，以进一步刺激神经元再生，”她补充道。

该项目由爱尔兰研究委员会与强生公司以及爱尔兰富布赖特协会合作资助，该协会促成了与加州大学圣地亚哥分校的研究交流。UL的科学与工程学院和卫生研究所也提供了支持。