中大新聞網(wǎng)訊（通訊員彭飛）神經(jīng)創(chuàng)傷、神經(jīng)系統(tǒng)疾病通常會(huì)導(dǎo)致不可逆的神經(jīng)元損傷，威脅患者的健康和生命。而神經(jīng)干細(xì)胞具有自我更新、分化和環(huán)境調(diào)節(jié)的能力，干細(xì)胞治療有望成為神經(jīng)損傷提供一種治療手段。然而，目前在細(xì)胞植入精度和神經(jīng)元連接恢復(fù)等方面受到限制。
中山大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院彭飛副教授團(tuán)隊(duì)提出了一種小型化的微納米馬達(dá)支持神經(jīng)干細(xì)胞的生長(zhǎng)，并通過(guò)外部磁場(chǎng)對(duì)其進(jìn)行精確的運(yùn)輸，在目標(biāo)區(qū)域允許可控的細(xì)胞釋放，促進(jìn)神經(jīng)通路的重建。在本研究中，采用了微流控技術(shù)制備的海藻酸水凝膠微納米馬達(dá)，用于封裝神經(jīng)干細(xì)胞和磁性納米顆粒，還包括一個(gè)體內(nèi)試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證微馬達(dá)的有效性，這個(gè)獨(dú)特的平臺(tái)有可能為促進(jìn)靶向細(xì)胞治療提供的新途徑。與以往的治療方法 (如原位注射、植入手術(shù)支架) 相比，微納米馬達(dá)作為無(wú)創(chuàng)可控的驅(qū)動(dòng)裝置的出現(xiàn)，為神經(jīng)再生提供了一個(gè)有前景的互動(dòng)平臺(tái)。
該馬達(dá)選用海藻酸水凝膠材料為基底，通過(guò)毛細(xì)玻璃搭建的雙液相微流設(shè)備，制備了可降解的、生物相容性良好的螺旋支架，避免了使用細(xì)胞毒性材料，與此同時(shí)，該制備方法不需要繁瑣的程序、復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)裝置、高昂的費(fèi)用和勞動(dòng)力成本。此外，它還為細(xì)胞提供了多孔的三維網(wǎng)絡(luò)，用于氣體和營(yíng)養(yǎng)交換。微納米馬達(dá)可高效地運(yùn)輸多類(lèi)細(xì)胞，同時(shí)負(fù)載所需的材料和生長(zhǎng)因子，以加快修復(fù)過(guò)程。馬達(dá)在外部磁場(chǎng)操縱下實(shí)現(xiàn)了無(wú)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)，確保了神經(jīng)干細(xì)胞精確交付到所需位置，該水凝膠支架也起到隔離層的作用，防止細(xì)胞直接暴露在微流體環(huán)境中或面臨免疫系統(tǒng)監(jiān)視，最大限度地減少細(xì)胞損失并保持細(xì)胞功能。在目標(biāo)位點(diǎn)，微納米馬達(dá)完成酶響應(yīng)細(xì)胞釋放、增殖和細(xì)胞間信號(hào)通路的激活。來(lái)自微納米馬達(dá)的神經(jīng)干細(xì)胞在維持其分化能力的同時(shí)，在體內(nèi)建立神經(jīng)元間的連接，通過(guò)電生理檢測(cè)與行為學(xué)觀(guān)察等，驗(yàn)證了促進(jìn)功能性神經(jīng)細(xì)胞相互作用的修復(fù)。因此，該集成化微型馬達(dá)為指導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)胞再生和重建神經(jīng)通路提供了一個(gè)綜合平臺(tái)，為解決神經(jīng)退行性疾病和神經(jīng)創(chuàng)傷等提供了一個(gè)潛在的解決方案。
圖1 負(fù)載神經(jīng)干細(xì)胞的螺旋水凝膠微馬達(dá)的制備及其應(yīng)用于神經(jīng)再生的示意圖
該工作以“Helical Hydrogel Micromotors for Delivery of Neural Stem Cells and Restoration of Neural Connectivity”為題，發(fā)表于 Chemical Engineering Journal。中山大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院2021級(jí)碩士研究生劉愫怡為獨(dú)立第一作者，彭飛副教授為通訊作者。
該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目、廣東省杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的資助。
