近日，以色列科學(xué)家在國際期刊《Advanced Science》發(fā)表最新研究成果，世界上首次將人誘導(dǎo)多能干細(xì)胞分化形成的脊髓組織植入脊髓損傷致癱瘓小鼠模型中，使其重新恢復(fù)活動能力[1-2]。

據(jù)該研究負(fù)責(zé)人，以色列特拉維夫大學(xué)再生生物技術(shù)中心的Tal Dvir教授說:“全世界有數(shù)百萬人因脊髓損傷而癱瘓，目前仍然沒有有效的治療方法。我們希望能解決這一問題，幫助他們恢復(fù)行走?！?/p>

盡管目前已經(jīng)有許多研究團(tuán)隊已經(jīng)成功將干細(xì)胞注入動物模型中，甚至目前已經(jīng)有相關(guān)臨床試驗正在開展，而且取得了一定療效，但Dvir教授說：“我們開展的研究是第一個在體外培育出由人類細(xì)胞工程制成的脊髓組織而后進(jìn)行移植的，與既往研究直接將干細(xì)胞注入體內(nèi)有很大不同。”

在體外制備得到脊髓組織后再進(jìn)行移植既保留了直接細(xì)胞注射的優(yōu)點，也解決了直接細(xì)胞注射后游離細(xì)胞無法穩(wěn)定附著，無法形成細(xì)胞-細(xì)胞和細(xì)胞-基質(zhì)相互作用，以促進(jìn)組織形成和分化，并與脊髓的健康部分整合等問題。

圖片來自文獻(xiàn)[1]

該研究首先進(jìn)行細(xì)胞的分離，從患者身上提取一小塊脂肪組織，并將其中的細(xì)胞和細(xì)胞外成分分離。細(xì)胞被重新編程成為誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（IPSCs），細(xì)胞外成分（ECM）被加工成個性化的水凝膠，將IPSCs封裝于其中，促使其向脊髓細(xì)胞的高效分化，進(jìn)而形成脊髓組織。對所獲得的脊髓植入物的組織形態(tài)和功能進(jìn)行了表征，并在小鼠急性和慢性脊髓損傷模型中評估了它們的治療潛力。

在急性脊髓損傷小鼠模型中，研究人員將脊髓植入物、2D分化細(xì)胞懸浮液、生理鹽水或無細(xì)胞水凝膠植入損傷部位。其治療效果如下：

?1、治療1周后，脊髓植入物組中的細(xì)胞在病變部位被清晰地檢測到，而2D分化細(xì)胞懸浮液中的細(xì)胞幾乎觀察不到。

2、脊髓植入物組中的微膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞在損傷部位的堆積顯著減少（這兩種細(xì)胞會促進(jìn)膠質(zhì)瘢痕形成，從而抑制脊髓自發(fā)再生，導(dǎo)致整個神經(jīng)元組織的退化）。

3. ?第 12 周在脊髓植入物治療的動物中檢測到神經(jīng)元和神經(jīng)祖細(xì)胞的數(shù)量顯著增加。

4. ?在運動能力恢復(fù)方面，脊髓植入物組的小鼠恢復(fù)情況較對照組顯著改善，表現(xiàn)出更好的協(xié)調(diào)性。所有小鼠在三個月內(nèi)均恢復(fù)了爬行能力。

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圖片來自文獻(xiàn)[1]
在慢性脊髓損傷小鼠模型中，脊髓植入物組對于癱瘓小鼠脊髓的結(jié)構(gòu)、生化、細(xì)胞等參數(shù)均有不同程度改善；在活動能力改善方面，在這些動物中觀察到運動和感覺恢復(fù)，80％的小鼠恢復(fù)了爬行能力。

在臨床上，更常遇到的情況是患者脊髓損傷導(dǎo)致癱瘓后一段時間才接受治療。因此，評估該脊髓植入物對于慢性脊髓損傷的潛力同樣重要。

正如Dvir教授所說的一樣：”實際上，大多數(shù)需要治療的人在接受治療的時候已經(jīng)癱瘓了一段時間。在我們的實驗中，我們同時使用了新癱瘓和長期癱瘓的小鼠。我們在這兩個方面都取得了成功，該研究結(jié)果將會對癱瘓不同時間患者的治療產(chǎn)生重大影響。”

圖片來自文獻(xiàn)[1]

干細(xì)胞：脊髓損傷治療的下一個里程碑

目前，干細(xì)胞在脊髓損傷治療中的應(yīng)用受到廣泛關(guān)注，研究發(fā)現(xiàn)[3]，干細(xì)胞不僅可以分化為神經(jīng)細(xì)胞以修復(fù)脊髓損傷，還可分泌多種生物因子，參與抗炎，免疫調(diào)節(jié)，神經(jīng)營養(yǎng)和血管生成作用，可促進(jìn)神經(jīng)保護(hù)，減輕繼發(fā)性損傷，促進(jìn)軸突和髓鞘再生等。

截止目前，在美國國立衛(wèi)生研究院的最大臨床試驗注冊庫http://clinicaltrials.gov網(wǎng)站我們發(fā)現(xiàn)目前臨床上有63項與脊髓損傷相關(guān)的干細(xì)胞治療登記在案。

除了文章開頭講述的世界首次利用體外誘導(dǎo)多能干細(xì)胞分化形成的脊髓移植物治療癱瘓小鼠，近期干細(xì)胞在脊髓損傷治療方面也出現(xiàn)了其他方向上的首例，如日本開展的全球首例誘導(dǎo)多能干細(xì)胞治療脊髓損傷臨床試驗啟動，成功將誘導(dǎo)多能干細(xì)胞來源的細(xì)胞植入患者的脊髓。

通過干細(xì)胞技術(shù)，從脊髓損傷患者身上取一小塊活檢組織，就可以產(chǎn)生針對患者的IPSCs以及水凝膠，從而獲得個體化的脊髓植入物，植入物能夠替代切除的瘢痕組織，并重新連接受傷的脊髓，恢復(fù)其正常生理功能及活動能力。這可能代表了一種新的個性化細(xì)胞治療方案，雖然目前仍處于動物試驗階段，但隨著研究團(tuán)隊的進(jìn)一步努力，相信在不久的將來能為絕望的脊髓損傷后癱瘓患者帶來希望！

參考文獻(xiàn)：

[1] Wertheim L, Edri R, Goldshmit Y, et al. Regenerating the Injured Spinal Cord at the Chronic Phase by Engineered iPSCs-Derived 3D Neuronal Networks [published online ahead of print, 2022 Feb 7].?Adv Sci (Weinh). 2022;e2105694.

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35128819/

[2] https://www.timesofisrael.com/israeli-lab-made-spinal-cords-get-paralyzed-mice-walking-human-trial-in-3-years/

[3] Assinck P, Duncan GJ, Hilton BJ, Plemel JR, Tetzlaff W. Cell transplantation therapy for spinal cord injury.?Nat Neurosci. 2017;20(5):637-647.

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28440805/