通常说起“脑梗”、“中风”,患者抢救就在生死一瞬间,如果无法及时送往医院接受溶栓治疗将十分危险,往往会导致严重后遗症甚至死亡。然而未来,脑梗的治疗很可能不需要再与时间赛跑。
据统计,我国现有脑梗死(脑卒中)患者7000万人,每年新发脑卒中200万人,约70%-80%的脑梗病人会造成身体残疾。如何有效地治疗脑梗死,让脑部损伤的病人尽可能恢复机体功能,是医学界一直在研究的重要课题。近日,中山大学孙逸仙纪念医院沈君团队通过5年的研究,为脑梗死后的康复治疗找到了新的方法和依据--通过神经干细胞移植的方式,恢复机体的运动功能。
沈君主任(中)及团队成员
脑梗死致残率高达80%以上,功能康复不如意
脑梗死是人类致残的首要原因。由于血栓堵塞了脑部供血动脉,局部脑组织会缺血缺氧,病变坏死,神经元及神经胶质细胞死亡,导致神经信号无法传导,患者就会出现相应的神经功能障碍,严重的直接导致死亡。
中山大学孙逸仙纪念医院放射科主任沈君介绍,脑梗死发生后的3小时内,使用溶栓药物静脉注射溶栓安全有效,但超过3小时,治疗效果就差了不少,还可能导致脑梗死区出血。
据了解,不管在国内或国外,只有1/3的病人能在脑梗死后的3小时“时间窗”内到达医院,其中又只有少数能得到及时的溶栓治疗。
急性期过后,脑梗死治疗主要是采用一些脑保护药物,但大脑中的神经元死后不可再生,因此错过了“时间窗”后,脑梗死的治疗效果不佳。在慢性期,则主要依靠康复、针刺等治疗来恢复残疾肢体的功能,效果也非常有限。目前,我国脑梗死患者70%-80%残疾而不能独立生活,需要长期照护,给社会、家庭带来沉重的负担。
团队成员卢烈静博士在试验中
干细胞移植给脑梗患者带来康复希望
神经干细胞移植给脑梗死病人带来新的希望。研究者们期待,将神经干细胞移植在梗死的脑组织内,可以分化成为新的神经元,替代死去的神经元发挥作用,“修复大脑”,恢复神经功能。
沈君介绍,研究者致力于将神经干细胞移植到脑梗死区域,通过细胞增殖分化,“再生”新的神经元,重建神经环路,从而修复脑梗死造成的神经功能障碍,取代受损或死亡的神经细胞,用这样的方法代替传统溶栓治疗对原有神经元“争分夺秒”的抢救,从而突破治疗时间窗的限制。
然而,神经干细胞在复杂的大脑环境中却没那么“听话”,神经干细胞移植后在梗死的脑组织内并不像人们期望的分化成为神经元,起到替代死亡神经元的作用。神经干细胞治疗虽然安全,但作用于人体的效果却并不如动物试验中那么明显,神经干细胞被注入脑部后的去向也不太受控制,因此效果不尽如人意。
是什么阻碍了神经干细胞分化成神经元?沈君介绍,发生脑梗死后,坏死的脑组织会释放出大量抑制神经元再生的“髓鞘相关抑制因子”。这些“破坏分子”会与神经干细胞上的NgR蛋白结合,使得神经干细胞不容易分化为神经元。
如果神经干细胞上的NgR基因不再表达,“破坏分子”就没办法影响神经干细胞,神经干细胞分化为神经元的能力大大提升。
对此,课题组设计了一段干扰RNA,这是一段能实现特异性的降解的基因编码序列,使得NgR基因不再表达, NgR蛋白也就不再能发挥作用了。
研制“纳米乒乓球”,暗藏“定位器”
如何将这一段干扰RNA精确地送到神经干细胞内部发挥作用?课题组利用高分子纳米材料研制出了一种中央为空腔、外面是一层膜的囊泡。这些囊泡直径只有200纳米左右,就像一个个非常微小的乒乓球。
在“乒乓球”的空腔里装上显像剂(超顺磁性氧化铁纳米粒子),这些粒子像一个个小吸铁石,在磁共振成像机器内能发出信号,使得神经干细胞能被直接看到,在乒乓球的壳上面连上小干扰RNA,这些小干扰RNA针对性抑制NgR受体基因。
这些“乒乓球”表面还带有正电荷,神经干细胞能够在5小时内就高效低将这些“乒乓球”吞进去,利用这一巧妙设计,显像剂及小干扰 RNA被同步被输送到神经干细胞内,进入细胞内的小干扰 RNA就可以沉默NgR基因,促进神经干细胞分化为神经元。
带上“定位器”的实验小白鼠
由于带上了“定位器”,显像剂能够实时观察到神经干细胞在移植到脑梗死后的位置、分布及迁移,并且在不用杀死实验动物的情况下观察到干细胞移植的效果。
效果 “升级版”神经干细胞 工作效率高6倍
实验结果令人欣慰,经过这种乒乓球样囊泡处理的“升级版”神经干细胞,移植到脑梗死区后,在动物脑梗死复杂环境下分化为神经元的比例可由4%左右提高到27%左右,提升6倍左右。实验结果也显示,接受“升级版”神经干细胞移植的动物,四肢运动及感觉功能障碍比移植未经处理的神经干细胞恢复得更快、更好。
平衡木实验,干细胞治疗后的小白鼠能四抓稳定抓在平衡木上
干细胞移植不仅治疗脑梗,有望治疗更多脑部疾病
沈君主任提到,本次研制的用于神经干细胞定向分化调控的新型囊泡,不但具有高效的调控神经干细胞向神经元分化的作用,而且还同步实现了对神经干细胞移植后的位置及分布磁共振成像实时、动态的追踪,以保障神经干细胞精准输送到脑梗死区,且对神经干细胞移植的安全性进行监测。
干细胞移植治疗脑梗,现在处于动物试验阶段,预计三至五年后才能进入临床阶段。但这种集追踪与功能调控于一体的纳米材料,在脑梗死再生医学中具有巨大的应用前景。未来或许可用于胶质瘤、帕金森病、阿尔茨海默病等的治疗。