神經干細胞\\(NSCs\\)具有低免疫源性,能自我更新、多向分化及遷徙性等生物學特性,是理想移植種子細胞。周圍神經長段缺損治療離不開移植物,包括自體、異體移植物、組織工程材料等。而這些移植物中自體神經是金標準,移植后結構和功能恢復最為理想。如何使移植物盡可能接近或達到金標準成為每個科研工作者夢想。將NSCs與組織工程材料聯合移植正成為周圍神經長段缺損研究領域重要探索方向,并已初步顯示出該方向的應用前景。神經干細胞(NSCs)作為一種可分化成多種神經細胞的祖細胞,在周圍神經損傷領域正顯示出越來越大的種子細胞價值。另一方面,組織工程材料的豐富和發展使周圍神經損傷修復具有了更廣泛選擇。這兩方面的研究基礎能否在周圍神經長段缺損修復中發揮積極的作用?本綜述將就該系列問題進行闡述
1 周圍神經缺損及修復機制:人周圍神經3cm以上缺損可由切割傷、擠壓傷、牽拉傷、糖尿病性損害等因素造成。周圍神經缺損后,其在缺損遠端和近端皆發生軸突變性和軸突反應,并可在軸突斷端明顯腫脹,形成回縮球。神經元胞體形態上腫脹,代謝發生改變,胞核內RNA合成以及胞體內蛋白質和酶含量都增加。部分神經元壞死后形成膠質瘢痕以及周圍炎性細胞浸潤不利于神經細胞生長及神經軸突延伸。此外,有研究表明,在周圍神經缺損后l周失神經支配的肌肉開始萎縮,6周后運動終板加速退變,8周后觸覺小體縮小,12周后觸覺小體明顯萎縮、內部結構不清,16周后運動終板消失。
這些病理改變是治療神經損傷所面臨的難題。缺損后再生與諸多因素有關,包括神經局部血供,神經受損長度,神經局部張力等。其再生主要依靠雪旺細胞以及恰當的橋接物。雪旺氏細胞可分泌少量神經營養因子促進神經軸突發芽再生;還分泌細胞外基質形成類軸突髓鞘管狀結構,為再生軸突的延伸和生長提供隧道。而雪旺氏細胞要發揮以上作用則要依賴于接觸導向和神經趨化作用,對于周圍神經缺損達1CM以上時,神經斷端不能形成接觸,遠側斷端分泌的趨化因子的彌散作用幾乎不能顯效。而NSCs和橋接物移植聯合移植用于周圍神經缺損修復是具有可行性的。
2 NSCs的特性及在周圍神經缺損中的應用:NSCs存在于哺乳動物的胚胎和成體器官組織,表達特殊標志蛋白Nestin。有學者將NSCs 的特性概括為:低免疫源性;能自我更新;有趨化作用;具有多分化潛能,能在多區域以恰當的方式產生神經系統的3種主要細胞(神經元、星形膠質細胞、少突膠質細胞\\)?;谄渖飳W特性,NSCs可在體外進行培養和誘導分化,或用于體內移植。但不同源性NSCs,其內在分化方向有所不同。NSCs可直接作為移植物,移植后可在體內趨化遷移,如李宗芳等將綠色熒光蛋白陽性神經干細胞移植到面神經損傷大鼠腦中,再用熒光顯微鏡觀察追蹤發現移植神經干細胞存活且可向損傷側面神經核周圍遷移。此外,諸多研究證實NSCs在體外構建的培養環境或移植后在體內微環境的作用下可以出現多種不同分化結果,提示可以將NSCs移植后并構建相應的微環境使其向既定方向分化。亦有報道將在體外培養分化成的類雪旺細胞移植到大鼠坐骨神經,可以提高坐骨神經修復效果,但該法免疫排斥問題的解決效果仍值得商榷。另外,雷正旺等發現神經營養素3基因修飾的NSCs使軸突再生速度加快,可在一定程度上緩解失神經支配的肌肉萎縮,原因可能是內源性神經營養因子緩解了因神經連續性中斷神經元缺乏神經營養因子的不利因素,使這更拓展了NSCs在周圍神經長段缺損中應用范圍。NSCs作為理想的移植細胞,目前常見移植方法有:\\(1\\)細胞懸液立體定位注射。
該法把NSCs全部集中到病灶及其周邊發揮治療作用,但有容積占位效應,容易造成病灶新損傷。\\(2)生物材料吸附移植法。該法可使NSCs與移植材料較好聯合,同時解決容積占位效應,但是該法不易追加NSCs劑量。\\(3\\)靜脈內細胞懸液輸入法和細胞懸液蛛網膜下腔注射法。這2種方法創傷小,可多次追加治療劑量,但是難以控制NSCs去向,且到達病灶細胞數量比例低。此外NSCs移植時機也是關系到移植成敗的一個重要因素。而對于移植后NSCs在人體內發揮作用的具體機制尚在研究探索之中,但是根據國內外同事前期大量動物實驗的結果進行歸納,可總結如下可能機制:\\(1\\)NSCs因組織損傷后釋放的各種趨化因子吸引以及其自身趨化作用聚集到損傷部位,分泌大量的營養物質,促進機體損傷神經功能的修復;\\(2\\)NSCs可以在周圍環境的誘導和內在分化偏向共同作用下分化并代替人體內損傷或死亡的神經細胞。此外,NSCs聯合組織工程材料移植,減少膠質瘢痕的形成也是促進周圍神經損傷修復的因素。\\(3\\)NSCs可以增強神經突觸之間的聯系,建立新的神經環路。
3 周圍神經長段缺損修復移植材料研究應用現狀:人周圍神經缺損達5CM以上,大鼠周圍神經缺損達1.5CM以上或神經缺損長度超過其直徑4倍以上長段缺損臨床上鮮有能行無張力端端吻合者。目前常用移植物包括自體移植物和組織工程材料等。自體移植物中療效最可靠的是自體神經移植,包括最常用的腓腸神經、前臂內側皮神經、前臂外側皮神經等。但是自體神經移植是以犧牲供區部分功能為代價,且移植后較少有完全功能恢復者,目前研究方向主要集中在尋找自體神經良好替代物。組織工程的發展為我們提供了更多神經移植替代物選擇空間,可分為:(1)人工合成類,如聚羥乙酸(PGA)、聚乳酸(PLA)、聚乳酸-聚羥基乙酸共聚物(PLGA)、聚二氧雜環已酮(PDX)研究較多,該類材料人工合成,在體內可降解,其制作的三維中空多孔隙結構即可為移植種子細胞提供良好附著體,又滿足了移植后神經修復所需內外環境物質交換通道,但該類材料最大缺點是缺乏細胞表面識別位點,無法特異性地調控和誘導種子細胞生長。(2)天然類,如膠原、殼聚糖、去除抗原性的異體神經導管。該類材料來源天然,具有一定可塑性和機械強度,能在體內降解或被新生組織替代。如有研究將膠原-殼聚糖材料制作的神經導管電鏡下觀察具有良好空隙比例,且聯合種子細胞移植于大鼠坐骨神經缺損處后觀察到有髓神經纖維長入神經導管,且導管降解速度與神經生長速度相匹配[。另有利用Triton-X100處理動物周圍神經得到脫細胞神經,并證實其可較好保留神經天然立體結構及能促進神經再生的層粘連蛋白等成份并消除其免疫源性,在體外培養中支持種子細胞的黏附、生長及分泌神經營養因子。而低溫凍存、輻射照射方法得到的異體神經通過破壞了神經雪旺細胞、髓鞘、組織間隙細胞等抗原來源細胞而達到可用于移植的目的。
4 NSCs聯橋接物在周圍神經長段缺損修復中的機制及研究應用現狀 : NSCs聯合組織工程材料移植在周圍神經損傷修復中的應用價值已越來越多地引起神經科學研究者的重視,并且已取得了較理想的效果。NSCs在體外與組織工程材料共培養后有較高的細胞粘附率,并且NSCs保持良好活性。而更多研究表明NSCs與組織工程化神經導管聯合移植在動物體內后,NSCs可分泌多種神經營養及生長因子,可補充神經連續性中斷后缺乏的神經營養及生長因子,促進原有神經軸突長入組織工程化神經導管。而另一方面,NSCs可在導管內分化為神經元細胞,為神經修復直接補充神經元胞體和軸突。且組織工程化神經導管可與NSCs有好的生物相容性,并隨著神經纖維的生長降解。程賽宇等將大鼠NSCs植入殼聚糖制成的神經導管橋接物,聯合移植于大鼠坐骨神經缺損段,并觀察到NSCs與橋接物有好的組織相容性,且NSCs可分化為神經元細胞,并分泌GDNF因子營養神經斷端和神經元胞體。而殼聚糖神經導管為可降解材料,能減少瘢痕形成,有利神經再生。而徐海棟利用牛膠原蛋白制作的組織工程化神經導管橋接修復人陳舊性上肢神經損傷24例,術后跟蹤觀察患肢運動神經傳導速度恢復明顯,該導管不僅可作為神經修復臨時通道,還具有生物活性,能為細胞所識別、趨化,引導軸突再生,為結合NSCs共移植提供好的參考。
5 存在問題及展望:NSCs具有分化為其他神經細胞潛力,但其分化與調控確切機制尚不明了。對于如何改善微環境,使更多干細胞分化為神經元與少突膠質細胞并維持細胞活性尚缺乏有效方法。在如何擴大取材途徑、縮短培養周期、消除致瘤性等方面也有值得研究的必要。對于異體周圍神經的移植,在如何有效保存、如何降低抗原性與保存組織活性等方面,雖有一定研究成果,但仍有較長的路要走。組織工程材料固有組織相容性問題也是限制其應用的一大屏障。神經移植后,如何提高神經再生速度和質量,維持靶器官的組織結構與功能更需要我們長期的摸索。但我們相信,隨著細胞生物技術、組織工程技術的進一步發展,在廣大醫學工作者的不懈努力下,所有這些障礙都將被攻克,周圍神經長段缺損的修復將不再是困擾醫學工作者的難題。
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