多肽纳米凝胶支架引导二甲胺四环素定向活化的小胶质细胞植入对损伤脊髓神经元和轴突影响的动物实验研究

The treatment of spinal cord injury (sci) is a medical challenge in the world. Microglial cells will be activated after spinal cord injury, they can secrete inflammatory factors with neural toxicity, and also secrete neurotrophic factors and anti-inflammatory factors. Therefore, microglial cells may represent dual effect of proinflammatory and anti-inflammatory according to different stimulation, called M1 and M2 subgroup respectively. How to intervene and regulate the activation function of microglia and polarize microglia into M2 subgroup is the research hotspots in the field of spinal cord injury. Our previous studies have demonstrated that there is a connection between minocycline and the function of Notch signal system of microglia. Our study intends to adopt the microglia activation pathway as the research object, use minocycline as a measure of intervention. We will research whether minocycline can affect microglia inflammatory expression and M1, M2 polarization type, through blocking the pathway of Notch signaling, and explore the mechanism of minocycline’s influence on the central nervous system immune. On this basis, composite the directional activated microglia ,as seed cells ,and polypeptide nano hydrogel in vitro, to repair of rats’ spinal cord injury, to determine its effect of neurons axon regeneration and recovery of neurological function after neural circuits reconstruction. While detecting cytotoxicity of polypeptide nano hydrogel scaffold , complete physical and chemical properties of biocompatibility of biomaterials test. Eventually, establish a type of nano-biomaterials which is optimal for clinical spinal cord injury repair and the best method of constructing a composite scaffold cells.

脊髓损伤的治疗是一个世界性的医学难题。脊髓损伤后小胶质细胞激活既能分泌具有神经毒性的炎性因子，又能分泌神经营养因子及抗炎因子，可表现为促炎和抗炎的双重作用，分别称之M1型、M2型亚群。干预并调节小胶质细胞激活功能并向M2型亚群极化是目前脊髓损伤领域的研究热点。我们前期研究已经证实，二甲胺四环素与小胶质细胞Notch信号系统存在一定联系。本研究以二甲胺四环素作为干预手段，研究其是否能通过阻断Notch信号途径影响小胶质细胞的炎性表达及M1、M2极化表型，探索二甲胺四环素对中枢神经系统免疫调节作用机制；并将定向活化的小胶质细胞作为种子细胞与多肽纳米凝胶复合，确定定向活化的小胶质细胞对脊髓损伤神经元轴突再生的影响及神经环路重建后神经功能的恢复情况。检测多肽纳米凝胶支架细胞毒性，完成对生物材料的理化性质及生物相容性的测试。最终构建适用于临床的脊髓损伤修复纳米生物材料以及最佳的支架细胞复合构筑方法。

脊髓损伤后小胶质细胞激活具有促炎和抗炎的双重作用，分别称之M1型、M2型亚群。干预并调节小胶质细胞激活功能并向M2型亚群极化是目前脊髓损伤领域的研究热点。为了研究支架引导定向活化的小胶质细胞植入对损伤脊髓修复的影响。我们在小胶质细胞炎性反应调控、新型可植入生物材料构建、脊髓损伤修复相关动物实验三方面进行了研究。本项目研究发现丹参素钠可以通过MIP2/Vdac1 /Ndufa12信号轴调控小胶质细胞M1/M2活化状态。通过转录组测序筛选出多种与小胶质细胞炎症过程相关的关键通路，并预测了多种能靶向枢纽基因的miRNA，以及可能与上调的4个枢纽基因有关的药物。通过体外试验验证了miR-27b-3p在小胶质细胞炎症过程中的调节作用。为了构建适用于脊髓损伤修复的新型生物支架。我们设计并构建了多种新型生物材料。如：壳聚糖/银纳米复合海绵、光热触发纳米纤维支架。为评估细胞-支架移植治疗脊髓损伤的修复作用，我们构建了小胶质细胞耗竭模型，发现小胶质细胞在脊髓损伤后可以发挥一定的保护作用。结合骨髓间充质干细胞移植治疗，发现在缺乏小胶质细胞的脊髓损伤区域，移植细胞存活率的提高对脊髓损伤修复所带来的有利作用不足以抵消甚至超过去除小神经胶质细胞对脊髓损伤修复所带来的不利作用。因此我们将定向活化的M2型小胶质细胞，负载到仿生天然生物材料支架，该水凝胶具有可注射性、温敏性、导电性、生物相容性好，并且力学性能与脊髓组织相似。在该细胞-支架体系，通过与BMSCs上清液结合，可以调控促炎因子表达量降低，抑炎因子表达量上调。从而维持负载小胶质细胞的M2活化状态。将该细胞-支架体系植入大鼠脊髓半横断损伤区域，显示可以减少脊髓损伤空洞形成、调控炎症微环境、减少神经元丢失、促进轴突再生和运动恢复。通过本项目的研究，我们探索了小胶质细胞炎症调节相关机制，并最终构建了一种可适用于脊髓损伤修复的细胞-支架体系。

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