前不久，澳大利亞國(guó)立大學(xué)和墨爾本大學(xué)的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)攜手開(kāi)發(fā)了一款新型水凝膠，它能將干細(xì)胞送達(dá)小鼠腦損傷的病灶位置，這一研究成果已經(jīng)刊發(fā)于《Nature Communications》（自然·通訊），作為世界頂尖科學(xué)期刊《Nature》的子刊，該文章有力地揭示了干細(xì)胞與水凝膠協(xié)作對(duì)大腦和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的突出療效[1]。

對(duì)于遭受諸如中風(fēng)、腦血栓等病痛折磨的大腦，病灶部位的“死區(qū)”急需臨時(shí)血液供應(yīng)為細(xì)胞補(bǔ)給營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，直至血液系統(tǒng)完全修復(fù)。

近年來(lái)蓬勃興盛的干細(xì)胞技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始了對(duì)大腦損傷的攻堅(jiān)征程，但醫(yī)療人員面臨的普遍難題在于如何維持干細(xì)胞在受損部位的長(zhǎng)久存活，畢竟這一部位的血供和營(yíng)養(yǎng)鏈路已經(jīng)嚴(yán)重受損，如果持續(xù)向內(nèi)補(bǔ)充干細(xì)胞，不僅在成本上難以接受，而且效率極為低下。

其次，傳統(tǒng)干細(xì)胞擴(kuò)增時(shí)采用的二維培養(yǎng)會(huì)導(dǎo)致擴(kuò)增所得細(xì)胞形成異常極化的扁平形狀，其分化能力相當(dāng)?shù)拖拢绮捎们蛐稳S培養(yǎng)方法，細(xì)胞和基質(zhì)之間缺乏良好互動(dòng)，會(huì)使得細(xì)胞快速凋亡[2-3]。

為了營(yíng)造干細(xì)胞在正常生存、增殖、遷移等過(guò)程中需要的三維環(huán)境，研究人員想到利用水凝膠（Hydrogel）這一富含水的多孔聚合物網(wǎng)絡(luò)，為干細(xì)胞培養(yǎng)提供有利環(huán)境。由于水凝膠中富含交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，可以溶脹和保持大量的水分，而且它可以輕松維持一定的形狀與體積，這也便于研究人員按需進(jìn)行裁剪和塑造。

不僅如此，水凝膠的化學(xué)、物理及機(jī)械性質(zhì)是可細(xì)微調(diào)節(jié)的，其分子量、塊結(jié)構(gòu)和交聯(lián)劑的變化能直接影響干細(xì)胞的活性，將其與人工合成聚合物相結(jié)合，能夠提供更理想的錨定效果，并促進(jìn)增殖。

前述的研究成果在“水凝膠+干細(xì)胞”的基礎(chǔ)上進(jìn)一步添加了基于肌紅蛋白的合成蛋白質(zhì)，后者在抹香鯨和馬的心肌中大量存在，將其并入水凝膠組分中可以提供長(zhǎng)久的氧氣釋放，確保干細(xì)胞在輸注過(guò)程中得到充足的氧供應(yīng)。

與注射不含肌紅蛋白的水凝膠相比，注射含肌紅蛋白的水凝膠的小鼠腦組織顯示出更為健康的狀態(tài)。

圖片來(lái)源：墨爾本大學(xué)

實(shí)際上，水凝膠與干細(xì)胞的相遇，還造就了更多奇跡。水凝膠不僅能長(zhǎng)久吸水保濕，而且還是極為理想的經(jīng)皮給藥敷料，它的存在確保了干細(xì)胞生長(zhǎng)微環(huán)境恒定適宜，為干細(xì)胞源源不斷提供富含蛋白和糖的細(xì)胞外基質(zhì)ECM。

將特定的水溶膠與干細(xì)胞聯(lián)合體移植到小鼠的眼睛與大腦中，能促進(jìn)神經(jīng)系統(tǒng)的恢復(fù)，治療包括失眠和腦損傷在內(nèi)的一系列大腦疾?。粚⒏杉?xì)胞微球和水凝膠敷在創(chuàng)面上，能刺激肉芽組織和上皮形成，使傷口的愈合進(jìn)程大大加快；將干細(xì)胞外泌體SC-Exos合并水凝膠移植到軟骨缺損部位，可以促進(jìn)軟骨關(guān)節(jié)再生，并呈示出較為可靠的生物相容性[4]。

水凝膠提供的不僅是一個(gè)微環(huán)境、一副框架、一種載體，更是一種投放干細(xì)胞的新思路。生物醫(yī)學(xué)工程聯(lián)合干細(xì)胞技術(shù)，可以幫助胚胎干細(xì)胞封裝于形態(tài)與體積可控的凝膠殼體內(nèi)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定增殖，這種“封裝”形式還能有助于細(xì)胞逐步適應(yīng)宿主微環(huán)境，降低引發(fā)免疫反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)，既提高了細(xì)胞成活率，又增強(qiáng)了術(shù)后恢復(fù)的效率。

我們相信，對(duì)水凝膠與干細(xì)胞的組合還會(huì)有更多令人振奮的研究成果問(wèn)世，也許未來(lái)會(huì)有一種新的干細(xì)胞輸注方式能夠以更加親民的價(jià)格、更為簡(jiǎn)便易行的術(shù)式為人所用。

參考文獻(xiàn)：

[1]https://m.gmw.cn/baijia/2023-03/01/36399254.html

[2]歐陽(yáng)仁俊,楊曉紅.不同復(fù)合支架負(fù)載間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體應(yīng)用于骨組織再生的研究進(jìn)展[J].海南醫(yī)學(xué),2022,33(23):3108-3112.

[3]鄭少偉. TEOS/GEL水凝膠和GelMA-HAP-SN納米復(fù)合水凝膠在骨缺損修復(fù)中的作用與機(jī)制研究[D].南方醫(yī)科大學(xué),2022.

[4]荊華,林開(kāi)利,趙燦燦,趙斌.維持間充質(zhì)干細(xì)胞干性的策略與機(jī)制[J].中國(guó)細(xì)胞生物學(xué)學(xué)報(bào),2022,44(11):2134-2143.

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