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最新一期《科学》期刊上，美国西北大学（Northwestern University）的研究人员带来了一项激动人心的新成果：他们开发出一种搭载多种生物活性分子的疗法，当脊髓遭受严重损伤后，将其注射到脊髓周围组织，可以从保护神经、血管再生等多个方面帮助修复受损脊髓。研究人员给瘫痪小鼠进行了一次注射，短短四周后，小鼠重新获得了行走能力。▲原本只能拖着后腿的瘫痪小鼠，经过治疗，后腿又能行动了（视频来源：参考资料[2]；Credit：Samuel I. Stupp Laboratory/Northwestern University）
当人们遭受重伤或疾病后，有什么治疗方法可以避免瘫痪，一直以来是科学家们的重大挑战，因为人体的中枢神经系统——包括大脑和脊髓，在受伤后几乎没有自我修复能力。领衔这项研究的再生医学专家Samuel Stupp教授指出，“目前还没有可以触发脊髓再生的治疗方法，但脊髓损伤对患者人生产生的影响是巨大的，我希望能改变脊髓损伤带来的后果，解决这个难题。此外，解决脊髓损伤的科学新方法还可能启发神经退行性疾病和卒中的治疗策略。”![]()
▲研究通讯作者Samuel Stupp教授（图片来源：西北大学）
这项新疗法背后的秘密，用Stupp教授的话说，是“让分子动起来”：通过模拟生物分子的运动，让具有生物活性的分子找到细胞上不断移动的受体并与之结合，从而为脊髓修复提供至关重要的信号。具体来说，研究人员将超分子聚合物（supramolecular polymers）材料注射到组织中，它们自行组装成纳米纤维支架，从而模拟脊髓组织的细胞外基质（ECM）。而这种超分子纳米纤维上整合了两种具有生物活性的多肽，它们可以模拟天然的蛋白质，与细胞上的相应受体结合，触发不同的信号通路。一条信号通路，促使神经元被打断的轴突继续延长，修复大脑和身体其他部分相沟通的“电缆”。另一个信号用来促进细胞增殖和存活，形成新的血管，为损伤部位的细胞输送营养。▲纳米纤维中的分子通过快速运动与细胞受体（黄色和蓝色）结合，发送两种生物活性信号（绿色和橙色）（视频来源：参考资料[2]；Credit：Samuel I. Stupp Laboratory/Mark Seniw/西北大学）
借助物理实验和计算机模拟的结果，研究人员对肽序列上的非生物活性区域进行了突变，从而加强活性分子在纤维支架中的移动。“神经元和其他细胞上的受体不断移动，而我们的创新关键是控制纳米纤维内超过10万个分子的集体运动，通过让分子‘舞动’起来，甚至暂时跳出超分子聚合物支架，更有效地与受体结合。”研究机构的新闻指出，这是首次有研究通过化学结构的变化控制分子集体运动，从而提高治疗效果。在瘫痪小鼠上的实验表明，这种新疗法通过发送生物活性信号，在五个关键点改善了受损脊髓的修复，包括促进神经轴突再生；形成髓鞘包裹轴突，促进神经信号的传递；形成有功能的血管；保护运动神经元存活；减少神经胶质细胞形成瘢痕，以免瘢痕对再生和修复形成物理障碍。![]()
▲纵向脊髓切片显示，小鼠的损伤部位内，神经元轴突（红色）成功再生（图片来源：参考资料[1]）
此外，在完成治疗使命后，这些材料还会通过生物降解从体内消失，研究人员在实验中没有观察到明显的副作用。除了在瘫痪小鼠的实验中取得了积极的结果外，研究人员在人体细胞上进行的体外实验也显示，加强分子运动的疗法有助于增强细胞信号传导。在研究机构的新闻稿中，教授透露，他们将很快通过美国FDA启动在人类患者中试验新疗法的批准程序，尽快造福亟需新疗法的患者。参考资料：
[1] Z. Alvarez et al., (2021) Bioactive scaffolds with enhanced supramolecular motion promote recovery from spinal cord injury. Science Doi: 10.1126/science.abh3602
[2] ‘Dancing Molecules’ Successfully Repair Severe Spinal Cord Injuries. Retrieved Nov. 12, 2021 from https://news.feinberg.northwestern.edu/2021/11/dancing-molecules-successfully-repair-severe-spinal-cord-injuries/
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