In einer kürzlich veröffentlichten Studie in Wissenschaftliche Fortschritte, ein Forschungsteam unter der Leitung von Profs. Dai Jianwu und Zhao Yannan vom Institut für Genetik und Entwicklungsbiologie (IGDB) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften demonstrierten eine Strategie zur kovalenten Konjugation zwischen Biomaterialien und Zellen, um rückenmarksähnliches Gewebe mit medikamentenleitender Funktion bei Rückenmarksverletzungen (SCI) zu konstruieren ) Reparatur.
Die Reparatur von SCI ist eines der schwierigsten medizinischen Probleme der Welt. Technisch hergestellte rückenmarksähnliche Implantate auf Basis von Stammzellen und Biomaterialien bieten eine neue Methode zur Verbesserung der therapeutischen Ergebnisse bei SCI. Die Adhäsion von Stammzellen an Gerüste kann durch die Steifigkeit, topologische Oberflächenstruktur und Porosität des Gerüsts sowie durch die Modifikation von Integrin-Liganden oder Adhäsionsmolekülen basierend auf nichtkovalenten Wechselwirkungen reguliert werden.
Die dynamische Reversibilität der nichtkovalenten Adhäsion kann sich jedoch nachteilig auf die Zellretention in komplizierten Umgebungen nach SCI auswirken.
Im Gegensatz zu nichtkovalenten Wechselwirkungen bilden kovalente Wechselwirkungen stärkere Bindungen, die Atome zusammenhalten, indem sie Elektronen teilen. Ob die kovalente Konjugation zwischen Biomaterialien und Stammzellen für die Gewebezüchtung verwendet werden kann, blieb jedoch unklar.
In dieser Studie markierten die Forscher zunächst humane neurale Vorläuferzellen (NPCs) metabolisch mit Ac4ManNAz und modifizierten das Kollagengerüst NeuroRegen mit Dibenzocyclooctin (DBCO)-Gruppen, um eine kovalente Wechselwirkung zwischen Biomaterialien und Zellen zu schaffen.
Laut den Forschern verlängerte die kovalente Konjugation die Zellretention auf den Gerüsten signifikant, veranlasste die Zellen, sich entlang der Faserrichtung auszubreiten, und förderte die Zelldifferenzierung.
Dann bauten sie das NeuroRegen-Gerüst, das NPCs enthielt, zu einem Kollagenkanal zusammen, der N3-markierte menschliche Astrozyten enthielt, um ein konstruiertes rückenmarkähnliches Transplantat zu bilden.
Basierend auf der kovalenten Erkennung zwischen N3-Astrozyten und DBCO-modifizierten Nanopartikeln lieferten sie einen neuroprotektiven Wirkstoff, Edaravon, um oxidativen Stress nach der Implantation in SCI-Stellen abzuschwächen. Sie fanden heraus, dass die Implantation eines konstruierten rückenmarksähnlichen Transplantats das Zellüberleben, die neurale Regeneration, die Angiogenese und die Wiederherstellung der Bewegungsfunktion bei Ratten nach SCI signifikant förderte.
Die Forscher widmen sich seit mehr als 20 Jahren der Forschung zur Reparatur von Querschnittlähmung. Das von ihnen entwickelte NeuroRegen-Gerüst hat sich in klinischen Studien mit mehr als 100 Patienten bewährt. Um die therapeutische Wirkung weiter zu verbessern, führen sie ein Spinal-Cord-Tissue-Engineering-Projekt basierend auf dem NeuroRegen-Scaffold durch.
Um geeignete Saatzellen für die Gewebezüchtung des Rückenmarks auszuwählen, haben sie neurale Stammzellen aus verschiedenen Gewebeherkünften verglichen und eine Kulturmethode für neurale Stammzellen und Astrozyten in klinischer Qualität aus menschlichem Rückenmarkgewebe etabliert.
Durch ihre andere Forschung und die vorliegende Studie streben sie danach, menschliches Rückenmark-ähnliches Gewebe zu konstruieren, das für die humane SCI-Therapie verwendet werden kann.
Mehr Informationen:
Weiyuan Liu et al, Gewebezüchtung des Rückenmarks durch kovalente Wechselwirkung zwischen Biomaterialien und Zellen, Wissenschaftliche Fortschritte (2023). DOI: 10.1126/sciadv.ade8829