人类3D脊髓植入物使长期瘫痪的小鼠恢复行走能力

萨戈尔再生生物技术中心、什穆尼斯生物医学和癌症研究学院以及特拉维夫大学生物医学工程系的科学家们利用人体组织样本，通过模仿细胞发育的过程，生成了功能性3D脊髓植入物。人类胚胎中的脊髓。将植入物应用于长期慢性瘫痪的实验室模型中，在80%的测试中成功恢复了行走能力。

由特拉维夫大学教授TalDvir博士实验室的一个团队领导的研究人员目前正在准备对人类患者进行临床试验。他们希望在几年内将工程组织植入瘫痪者体内，使他们能够再次站立和行走。

(从左到右)：YonaGoldshmit博士、TalDvir教授和LiorWertheim[Sagol再生生物技术中心]

Dvir说：“这是世界上第一个植入工程人体组织在长期慢性瘫痪动物模型中实现恢复的实例，这是与人类瘫痪治疗最相关的模型。全世界有数百万人因脊椎损伤而瘫痪，目前还没有有效的治疗方法……我们希望在未来几年内达到人体临床试验阶段，最终让这些患者康复在他们的脚上。”

研究人员在《AdvancedScience》上发表了一篇题为“通过工程iPSC衍生的3D神经网络再生慢性期受损脊髓”的论文，报告了他们的研究结果。

作者指出，创伤性脊髓损伤(SCI)对患者健康和生活质量的各个方面都会产生直接的灾难性影响。原发性损伤会导致直接损伤，通常导致细胞死亡、血脊髓屏障破坏和细胞外基质(ECM)降解。研究小组继续说道：“这些过程引发了继发性促炎性损伤级联反应，导致进行性组织损伤，从而形成神经胶质疤痕。”损伤部位周围的健康神经组织含有可以促进组织修复的线索，但缺乏研究人员所说的疤痕细胞生长的“宽松的微环境”，也缺乏指导神经元生长的ECM分泌因子,

研究小组进一步指出，使用诱导多能干细胞衍生神经元的细胞疗法被认为是再生受损脊髓的一种有前途的方法。“然而，慢性期形成的疤痕并不是细胞或生物材料植入或组织组装的良好微环境。”研究人员假设，通过应用他们所描述的“……3D动态微环境中的特定脊髓运动神经元分化方案……”来模拟胚胎发育，不仅可以为细胞提供分化线索，还可以为具有自然特征的适当组织形成提供信号。“我们进一步假设，在植入前组装功能性神经元网络会增加功能性植入的机会。”

在他们新发表的论文中，研究人员描述了他们最近如何开发出iPSC衍生的人体组织植入物，该植入物有可能完美匹配患者的免疫学和细胞特征。“原则上，在这种方法中，从患者身上提取一小块脂肪组织活检，并将细胞和非细胞材料分开，”他们解释道。“当细胞被重新编程成为iPSC时，ECM被加工成为个性化水凝胶。”

“我们的技术基于对患者腹部脂肪组织进行小规模活检，”德维尔说。“这种组织与我们体内的所有组织一样，由细胞和ECM(包含胶原蛋白和糖等物质)组成。将细胞与ECM分离后，我们使用基因工程对细胞进行重新编程，将它们恢复到类似于胚胎干细胞的状态，即能够成为体内任何类型细胞的细胞。我们利用ECM生产了一种个性化水凝胶，植入后不会引起免疫反应或排斥反应。然后，我们将干细胞封装在水凝胶中，在模仿脊髓胚胎发育的过程中，我们将这些细胞转化为包含运动神经元的神经元网络的3D植入物。”

作者进一步指出，“在体外培养阶段，细胞和水凝胶表现出协同效应，模仿胚胎中脊髓形成的过程。经过处理的水凝胶通过为细胞提供足够的微环境，支持人类iPSC的有效3D分化。随后，在分化过程中，不同发育阶段的细胞通过分泌特定的神经元ECM蛋白不断重塑水凝胶，为细胞-细胞和细胞-基质相互作用提供诱导性微环境。”

由此产生的人类脊髓植入物在小鼠瘫痪实验室模型中进行了测试。作为概念验证，研究人员首先在急性损伤和瘫痪的小鼠模型中成功测试了植入物。研究小组写道：“植入物通过生化和机械信号丰富了受阻区域，以吸引祖细胞，支持细胞存活和植入，减少病变部位的炎症和神经胶质增生，并整体改善了受治疗动物的运动能力。”

他们还在慢性或长期损伤和瘫痪的小鼠模型中测试了植入物，相当于人类一年的时间。作者指出：“在证明了植入物在急性期恢复受损脊髓的能力后，我们继续评估它们在更具临床相关性的模型中再生组织的能力。”“在这个阶段，疤痕已完全发育，自发行为恢复已达到稳定水平。”结果证实，植入后，100%的急性瘫痪实验室模型和80%的慢性瘫痪模型恢复了行走能力。

Dvir进一步指出，“模型动物经历了快速的康复过程，最终它们可以很好地行走……全世界有数百万人因脊柱损伤而瘫痪，而且目前还没有有效的治疗方法。”健康)状况。在很小的时候受伤的人注定要坐在轮椅上度过余生，承担瘫痪带来的所有社会、经济和健康相关费用。我们的目标是为每个瘫痪者生产个性化的脊髓植入物，使受损组织能够再生，并且没有排斥风险。”

作者在发表的论文中总结道：“展望未来，在克服严格的监管挑战后，所报道的技术可能适用于治疗瘫痪的人类患者。在这个概念中，通过对患者进行小活检，可以生产个性化的水凝胶，并生成患者特异性的iPSC，以获得个性化的SC植入物。植入物能够替代切除的疤痕组织并重新连接人类受伤的SC，这可能代表了一种新颖的个性化细胞治疗方法。”

Dvir与行业合作伙伴合作成立了Matricelf公司，该公司正在应用该方法，目标是为瘫痪患者提供商业化的脊髓植入治疗。“该公司的临床前计划已经与FDA进行了讨论，”Dvir说。“由于我们提出了再生医学方面的先进技术，并且目前瘫痪患者没有其他选择，因此我们有充分的理由预计我们的技术会得到相对较快的批准。”新闻