Nature子刊：将牙龈来源的间充质干细胞与生物支架结合，可修复外周神经损伤

2021年10月17日讯/生物谷BIOON/---在一项新的研究中，来自美国宾夕法尼亚大学的研究人员发现一种修复外周神经的新方法将牙龈来源的间充质干细胞（gingiva-derived mesenchymal stem cell, GMSC）的再生能力与生物支架结合起来，使面部受伤后的神经得到功能恢复。相关研究结果于2021年9月30日在线发表在npj Regenerative Medicine期刊上，论文标题为“Harnessing 3D collagen hydrogel-directed conversion of human GMSCs into SCP-like cells to generate functionalized nerve conduits”。

面对修复面部或口腔的重大神经损伤，熟练的外科医生可以从手臂或腿上取下神经，用它来恢复初始创伤部位的运动或感觉。这种称为神经自体移植（nerve autograft）的方法是神经修复的标准护理，但也有其不足之处。除了对以前未受损伤的身体部位造成伤害外，该方法并不总是能实现完整和功能性的神经再生，特别是对于较大的神经损伤。

科学家和临床医生最近一直在采用一种不同的策略来再生功能性神经，涉及使用商业上可获得的支架来引导神经生长。在实验方法中，给这些支架注入生长因子和细胞以支持再生。但到目前为止，这些努力还没有完全成功。由于未能诱导大量再生性轴突穿过移植体，然后充分成熟和再生髓鞘（外围神经周围的绝缘材料，使它们能够快速和有效地放电），功能性恢复可能不足。

在这篇论文中描述的一种指导神经修复的创新方法中，这些作者诱导人类GMSC变成施旺细胞样细胞（Schwann-like cell），即外围神经系统中产生髓鞘和神经生长因子的促再生性细胞。他们发现，将这些施旺细胞样细胞注入支架并利用它们来指导动物模型中面部神经损伤的修复，修复的效果与神经自体移植相同。

论文通讯作者、宾夕法尼亚大学牙医学院口腔颌面外科/药理学系主任Anh Le教授说，“我们想开发一种利用干细胞再生能力的生物方法，而不是神经自体移植，因为神经自体移植会导致不必要的发病。能够以这种方式再生神经细胞，确实是一个新的策略。”

十多年来，Le实验室已经率先使用GMSC来治疗几种炎症性疾病，并使各种类型的颅面组织再生。牙龈组织很容易提取并迅速愈合，从而为GMSC提供了一个可获得的来源。事实上，牙龈组织经常在常规牙科手术中被丢弃。Le说，GMSC帮助神经再生的潜力也部分归功于这些细胞的共同谱系。Le说，“在胚胎学上，我们知道颅面组织和神经细胞一样来源于相同的神经嵴祖细胞。这就是这个系统的部分魅力所在。”

Le及其团队能够应用他们以前对GMSC的理解，在胶原蛋白基质中培养它们，并使用特定的条件，促进它们转化为施旺细胞样细胞，而且所产生的施旺细胞样细胞的身份用多种遗传标志物进行证实。

Le说，“我们观察到这个非常有趣的现象：当我们改变胶原蛋白基质密度并将GMSC进行三维悬浮时，它们会发生改变而具有更多的神经嵴特性，像施旺细胞一样。”

上调在甲基丙烯酸三维胶原水凝胶中培养的GMSC中的NCSC/SCP相关基因。图片来自npj Regenerative Medicine, 2021, doi:10.1038/s41536-021-00170-y。

为了推进这项研究，Le联系了宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的D.Kacy Cullen，即一位从事了15年神经修复工作的生物工程学家。Cullen和他的同事们在构建和测试神经支架材料方面有专长。

这些作者利用商业上可获得的用于神经生长的支架，将GMSC引入胶原蛋白水凝胶（即胶原蛋白基质）中。Le说，“这些细胞迁移到神经移植物中，并产生施万细胞样细胞。通过这样做，它们形成功能化的神经导管，以引导轴突在损伤留下的间隙中产生。”

Cullen说，“为了让宿主雪旺细胞遍布整个生物支架，你基本上是在接近自然神经修复。”事实上，当Le和Cullen的团队合作将这些移植物植入有面部神经损伤的啮齿动物体内，然后测试结果，他们看到了功能性修复的证据。与接受“空”移植物的啮齿动物相比，它们的面部下垂程度较低，神经导管也得到了恢复。在移植后，植入的GMSC也在啮齿动物体内存活了几个月。

他说:“在接受了充满注入的GMSC细胞的神经导管的啮齿动物中，它们的表现与接受自体移植修复的那组动物相匹配。当你能够在不进行第二次自体移植手术的情况下达到金标准手术的效果时，这无疑是一项需要进一步研究的技术。”

虽然这项新的研究致力于修复神经的一个小缺口，但是这些作者的目标是继续完善该方法，以尝试修复更大的缺口，因为当口腔癌患者需要手术切除肿瘤时往往会出现这种情况。Cullen说，“这个领域迫切需要称为‘活体支架（living scaffold）’的东西来指导重新生长。”

Le指出，这种方法将使患有口腔癌或面部创伤的患者有机会使用他们自己的组织来恢复运动功能和感觉，并在修复后获得美容改善。

虽然Le团队专注于头部和颈部，但对这一模型的进一步研究也可以转化为身体其他部位的神经修复。她说，“我希望我们能继续推进这项研究，使之走向临床应用。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Qunzhou Zhang et al. Harnessing 3D collagen hydrogel-directed conversion of human GMSCs into SCP-like cells to generate functionalized nerve conduits. npj Regenerative Medicine, 2021, doi:10.1038/s41536-021-00170-y.