引言:
创伤性脑损伤(traumatic brain injury, TBI)是导致长期神经功能障碍和残疾的重要原因之一。继发性炎症反应、胶质瘢痕形成及特定miRNA异常表达可持续抑制轴突再生与神经修复。其中,miR-6236被认为是限制神经元轴突生长与再生的重要调控因子。然而,传统病毒载体存在潜在安全性问题,同时缺乏可实现体内精准时空调控的无线电刺激与非病毒基因递送平台,限制了神经再生技术的临床转化。
WanChi Pan研究团队在Advanced Materials(IF:27.4)发表题为“In Situ Magnetoelectric Generation of miRNA Sponges and Wireless Electric Stimulus by Conductive Granular Scaffolds for Nerve Regeneration”的研究成果。该研究开发了一种兼具无线电刺激与非病毒基因递送功能的导电颗粒支架(conductive granular scaffold, cGRAS)。通过外加交变磁场(alternating magnetic field, AMF)驱动支架产生局部电刺激,并实现miRNA海绵的原位生成,从而靶向沉默miR-6236,促进TBI后神经修复,为神经再生工程提供了新的材料学与神经调控策略。
材料制备与表征
研究采用标准化材料制备流程:通过刻蚀剥离获得MXene,再接枝低毒线性PEI以增强导电性与基因结合能力,利用微流控制备均一GelMA微珠,最终组装成可注射、可降解、具备自修复性能的miS@cGRAS。该支架孔径连通、磁电响应稳定,经浓度优化后对神经干细胞与体细胞均无明显毒性,体内14天可逐步降解,重要脏器与脑组织均未见病理损伤,安全性良好。
体外机制研究
体外实验表明,cGRAS可通过质子海绵效应实现溶酶体逃逸,结合AMF诱导的原位电穿孔,显著提升miRNA海绵转染效率,高效沉默miR-6236。同时,磁电刺激激活Ca²⁺、cAMP、MAPK等通路,上调BDNF、bNGF等神经营养因子,促进神经干细胞向神经元分化、抑制星形胶质细胞活化。在CSPG抑制底物上,该体系可明显恢复轴突连续生长,联合电刺激后效果进一步增强。
体内动物实验(TBI小鼠模型)
在TBI小鼠模型中,miS@cGRAS联合AMF展现出全面的修复效果:可抑制小胶质细胞过度活化、降低促炎因子水平,减少胶质瘢痕形成;同时显著促进损伤区血管新生,血管指标提升约128%。全脑成像显示,新生神经元与神经纤维明显增多,黑质-纹状体多巴胺能通路得到有效修复,酪氨酸羟化酶表达与通路对称性恢复正常。行为学结果证实,小鼠运动协调、肢体对称使用及精细动作均显著改善,实现结构修复与功能恢复的统一。
研究展望
本研究首次将磁电无线刺激与非病毒miRNA海绵递送结合,实现TBI后原位精准神经调控,突破传统基因递送与电刺激的技术瓶颈。未来可优化支架磁电性能、拓展靶标miRNA范围,推进该技术在脑卒中、脊髓损伤、神经退行性疾病等领域的临床转化,实现微创、精准、个体化的神经再生治疗。
结 语
导电颗粒支架(cGRAS)集抗炎、抗瘢痕、基因调控、无线电刺激、神经再生与血管新生于一体,成功实现 TBI 小鼠的结构修复与功能恢复,为临床神经再生工程提供了安全高效的新型平台,展现出巨大的临床应用潜力。
文献分享团队介绍
刘笑宇
中国医学科学院北京协和医学院八年制
师从魏俊吉教授
主要研究方向为神经急重症,脑积水与颅骨缺损的发病机制,临床特征及治疗。目前以第一作者身份发表SCI论文一篇,中文核心期刊2篇
魏俊吉 教授
中国医学科学院北京协和医院
中国医学科学院北京协和医院神经外科行政副主任,主任医师,教授,博士生导师。美国哈佛大学医学院附属BWH及克利夫兰医学中心访问学者
重点亚专业为神经外科急重症:包括重型颅脑创伤、急性脑血管病、脑积水、中枢神经系统感染及其他神经外科相关手术后的重症管理。2010年以来,积极推动中国神经外科重症患者的规范化管理工作以及特发性正常压力脑积水的规范化评估及诊治工作,牵头成立中国神经外科重症管理协作组,第一届、第二届中国神经外科重症管理协作组秘书长,第三届中国神经外科重症管理协作组组长;带领全国相关协作单位共撰写相关中国共识及指南十余部,主编、主译及参编相关书籍及教材20余本
科研方向:神经损伤的机制、干细胞及其他相关修复机制研究,正常压力脑积水发病机制研究,中枢神经系统感染及神经重症患者的颅内压研究。主持国家自然科学基金委面上项目、国家教育部、北京市科委及中国医学科学院等多项课题的研究。参与国家科技部重大技术研发计划,以及3项国家“863计划”研究及多项国家自然科学基金、首都发展基金的研究,曾获2014年教育部高等学校科学研究成果二等奖(自然科学奖)。2000年以来,第一作者或者通讯作者发表SCI英文文章50余篇,发表中文文章50余篇
社会兼职:中国老年保健协会脑积水专病分会主委;第三届中国神经外科重症管理协作组组长;全国卫生产业企业协会神经系统疾病防治分会常务副会长;中华医学会神经外科分会神经创伤学组委员兼秘书;中华医学会创伤学分会神经创伤专业组委员;中国医师学会神经外科学分会神经重症专家委员会委员;国家卫健委脑出血外科诊疗能力提升项目副理事长;国家卫健委神经重症技能提升专家委员会副主任委员;中国卒中学会重症脑血管疾病分会副主任委员;北京医学会神经外科分会常务委员;国家自然科学基金评审专家;国家卫健委卫生应急处置指导专家;国家药监局医疗器械技术审评专家;《中华医学杂志》《临床神经外科》《中国现代神经疾病杂志》《中华神经创伤杂志》编委
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