【中国声音】张华楸教授团队：水凝胶封装的间充质干细胞改善慢性脑缺血的外科治疗效果

近期，华中科技大学同济医学院附属同济医院神经外科张华楸研究团队在期刊《Translational Stroke Research》发表了题为《Mesenchymal Stem Cell-Loaded Hydrogel Improves Surgical Treatment for Chronic Cerebral Ischemia》的研究论文。本研究针对前期研究，优化并合成了一种明胶水凝胶来封装间充质干细胞（MSCs），并在颞肌贴敷术（EMS）期间涂抹于颞肌-大脑贴敷界面。研究表明水凝胶中封装的MSCs通过促进新生血管形成、促进神经元分化和抑制神经炎症来增强EMS对慢性脑缺血大鼠的治疗效果。其中，miR-183-5p和miR-96-5p通过调节凋亡相关基因PDCD4和CASP2的表达发挥关键作用，表明它们在增强MSCs功能方面具有潜在用途。

[REF: Kang H, Huang Y, Peng H, et al. Mesenchymal Stem Cell-Loaded Hydrogel Improves Surgical Treatment for Chronic Cerebral Ischemia. Transl Stroke Res. Published online July 8, 2024. doi:10.1007/s12975-024-01274-5]

PMID: 38977638

背　景

慢性脑缺血（CCI）导致脑组织长期供血不足，导致神经元功能受损，随后认知和运动能力受损。CCI与脑梗死、阿尔茨海默病、烟雾病等多种脑血管病密切相关，是导致残疾的重要因素，造成沉重的医疗负担。其病理机制复杂，目前仍缺乏有效的药物治疗。

前期研究表明，骨髓间充质干细胞（BMSC）移植促进了双侧颈动脉狭窄小鼠颞肌贴敷术（EMS）介导的侧支血管新生。考虑到生物材料的优点，团队合成并改进了一种用于MSCs封装的明胶水凝胶，能够为干细胞提供三维支撑，从而提高细胞存活率和增殖率，并改变细胞分泌行为。在颞肌贴敷术期间将封装MSCs的水凝胶涂抹于颞肌-大脑贴敷界面，并评估了其对大鼠慢性双侧颈总动脉闭塞（BCCAO）模型中认知功能和侧支循环的影响。

结　果

1. 建立大鼠BCCAO模型7天后，各组分别进行假手术、EMS、EMS联合BMSC移植、EMS联合BMSC-水凝胶移植。使用mNSS评分、旷场实验、Barnes迷宫等来评估大鼠的运动和认知功能，采用免疫荧光和qPCR评估新生血管形成。我们的研究表明，与单纯的BMSC移植相比，BMSC-水凝胶在28天后确实可以促进慢性脑缺血大鼠的神经功能恢复和新生血管形成。

图1A为实验流程图。图1B-D示行为学实验结果。图1E-F示28天后大鼠脑切片染色。

2. 为探索BMSC-水凝胶对慢性脑缺血治疗的潜在机制，团队收集EMS肌肉贴敷处的脑组织并进行了mRNA测序。结果表明BMSC-水凝胶治疗组上调基因富集在血管生成相关通路中，而下调基因聚集在炎症相关通路中。进一步地，团队通过探索BMSC-水凝胶移植后的miRNA谱，发现许多miRNA在水凝胶封装后上调。其中，miR-183-5p和miR-96-5p通过调节凋亡相关基因PDCD4和CASP2的表达发挥关键作用，表明它们在增强MSCs功能方面具有潜在用途。

图2A火山图通过RNA-seq显示治疗后第7天BCCAO+EMS+BMSC-水凝胶与BCCAO+EMS的差异表达基因（DEGs）。图2B和C分别展示上调和下调的DEGs的KEGG分析。图2D火山图通过RNA-seq显示治疗后第7天BCCAO+EMS+BMSC-水凝胶与BCCAO+EMS的差异miRNA。图2E-G为TargetScan网站预测的miR-96-5p/miR-183-5p靶基因和双荧光素酶、WB验证。

3. 通过在MSCs中稳定过表达miR-96-5p和miR-183-5p（hUCMSC-OE），观察到MSCs的细胞活力和干性增加，衰老标志物的表达明显减少。与HUVEC共培养时，发现hUCMSC-OE可以促进内皮细胞活力、迁移和成管。此外，激光散斑成像显示，封装hUCMSC-OE的水凝胶治疗的大鼠的血流明显更强，微血管密度更高，提示工程化的hUCMSC-OE可以进一步提高慢性脑缺血大鼠的EMS治疗效率。

图3A为CCK-8测定结果。图3B为WB和定量分析（平均值±SEM，n=3）。图3C为qPCR检测细胞衰老相关因子的丰度。图3D展示HUVEC共培养实验的CCK-8测定结果，图3E-F为划痕实验及统计结果。图3G展示了动物实验分组，图3H为激光散斑图像和血流定量分析。其中红色区域代表血流面积（平均值±SEM，n=6）。

通讯作者简介

张华楸教授

华中科技大学同济医学院附属同济医院

. 华中科技大学同济医学院附属同济医院光谷院区副院长，神经外科副主任

. 担任中华医学会神经外科分会青年委员及血管组的委员，中国中西医结合学会神经外科分会副主任委员，武汉医学会神经外科分会主任委员，湖北省医学会神经外科分会常务委员，湖北省病理生理学会脑血管病专业委员会主任委员等职务

. 主持国自然科学基金项目、湖北省重点研发计划等项目。并获得王忠诚青年奖、湖北省科技进步二等奖、武汉市中青年医学骨干人才等奖励

. 一直以来致力于胶质细胞以及神经血管单元在神经系统相关疾病中的研究，在Molecular Therapy、Journal of Neuroinflammation、Cell Reports等高水平期刊发表SCI论文80余篇，个人引用次数1500余次

END

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