ldquo跳舞分子rdquo成功

年11月20日研究人员开发了一种基于纳米纤维的可注射疗法，使患有严重脊髓损伤的瘫痪小鼠恢复行走能力。西北大学的研究人员开发了一种新的可注射疗法，利用“跳舞分子”来逆转严重脊髓损伤后的瘫痪和修复组织。在一项新研究中，研究人员对瘫痪小鼠脊髓周围的组织进行了一次注射。仅仅四个星期后，这些动物就恢复了行走的能力。该研究已发表在11月12日的《科学》杂志上。通过发送生物活性信号来触发细胞修复和再生，突破性疗法在五个关键方面显著改善了严重受伤的脊髓：（1）神经元被切断的延伸部分（称为轴突）再生；(2)对再生和修复造成物理障碍的疤痕组织明显减少；(3)髓鞘，轴突的绝缘层，对有效传输电信号很重要，在细胞周围重组；(4)形成功能性血管，为损伤部位的细胞输送营养；(5)更多的运动神经元存活下来。治疗完成其功能后，材料会在12周内生物降解为细胞的营养物质，然后从体内完全消失，没有明显的副作用。这是研究人员通过化学结构的变化控制分子的集体运动以提高治疗效果的第一项研究。“我们的研究旨在找到一种疗法，可以防止个体在遭受重大创伤或疾病后瘫痪，”该研究的负责人，西北大学的塞缪尔·I·斯图普(SamuelI.Stupp)说。“几十年来，这对科学家来说仍然是一个重大挑战，因为我们身体的中枢神经系统，包括大脑和脊髓，在受伤或退行性疾病发生后没有任何显著的自我修复能力。我们正在直接联系FDA开始批准这种新疗法用于人类患者，这些患者目前的治疗选择很少。”Stupp是西北大学材料科学与工程、化学、医学和生物医学工程的董事会教授，他是辛普森奎里生物纳米技术研究所(SQI)及其附属研究中心再生纳米医学中心的创始主任。他曾在麦考密克工程学院、温伯格艺术与科学学院和范伯格医学院任职。自年代以来，人类的预期寿命并未提高，根据国家脊髓损伤统计中心的数据，美国目前有近30万人患有脊髓损伤。这些患者的生活可能异常艰难。不到3%的完全受伤的人能够恢复基本的身体功能。大约30%的人在初次受伤后的任何一年内至少再住院一次，每位患者的平均终生医疗保健费用高达数百万美元。脊髓损伤患者的预期寿命明显低于没有脊髓损伤的患者，并且自年代以来没有改善。“目前，还没有触发脊髓再生的疗法，”再生医学专家Stupp说。“我想改变脊髓损伤的结果并解决这个问题，对患者的生活产生巨大影响。此外，解决脊髓损伤的新科学可能会对神经退行性疾病和中风的治疗策略产生影响。”“跳舞分子”击中移动目标Stupp新突破性疗法背后的秘密是调节分子的运动，可以找到并正确接合不断移动的细胞受体。以液体形式注射后，该疗法立即凝结成一个复杂的纳米纤维网络，模拟脊髓的细胞外基质。通过匹配基质的结构、模拟生物分子的运动并结合受体信号，合成材料能够与细胞进行交流。“神经元和其他细胞中的受体不断移动，”Stupp说。“我们研究的关键创新是控制纳米纤维内超过,个分子的集体运动，这是以前从未做过的。通过让分子移动、‘跳舞’甚至暂时跳出这些结构，称为超分子聚合物，它们能够更有效地与受体连接。”Stupp和他的团队发现，微调纳米纤维网络内分子的运动，使它们更加灵活，从而对瘫痪的小鼠产生更大的治疗效果。他们还证实，在对人体细胞进行的体外测试中，增强分子运动的治疗配方表现更好，表明生物活性和细胞信号传导增加。“鉴于细胞本身及其受体在不断运动，你可以想象移动得更快的分子会更频繁地遇到这些受体，”斯图普说。“如果分子反应迟钝而不是‘活跃’，它们可能永远不会与细胞接触。”一次注入，两种信号一旦连接到受体，移动的分子就会触发两个级联信号，这两个信号对脊髓修复至关重要。一种信号促使脊髓中神经元的长尾（称为轴突）再生。与电缆类似，轴突在大脑和身体其他部位之间发送信号。切断或损坏轴突会导致身体失去知觉甚至瘫痪。另一方面，修复轴突可以增加身体和大脑之间的交流。第二个信号帮助神经元在受伤后存活，因为它会导致其他细胞类型增加，促进丢失的血管再生，这些血管为神经元和组织修复的关键细胞提供营养。该疗法还诱导髓鞘在轴突周围重建并减少神经胶质瘢痕形成，后者充当阻止脊髓愈合的物理屏障。“研究中使用的信号模拟了诱导所需生物反应所需的天然蛋白质。然而，蛋白质的半衰期极短，生产成本高，”该研究的第一作者和前研究助理教授Zaidaálvarez说。在Stupp的实验室里。“我们的合成信号是短的、经过修饰的肽——当成千上万的肽结合在一起时——将存活数周以提供生物活性。最终结果是一种生产成本更低且持续时间更长的疗法。”通用应用虽然新疗法可用于预防重大创伤（汽车事故、跌倒、运动事故和枪伤）以及疾病后的瘫痪，但Stupp认为潜在的发现——“超分子运动”是生物活性的关键因素——可应用于其他疗法和目标。“我们在受伤脊髓中成功再生的中枢神经系统组织与受中风和神经退行性疾病（如ALS、帕金森病和阿尔茨海默病）影响的大脑中的组织相似，”Stupp说。“除此之外，我们关于控制分子组装运动以增强细胞信号传导的基本发现可以普遍应用于生物医学目标。”该研究得到了广泛支持，包括SimpsonQuerrey生物纳米技术研究所的LouisA.Simpson和KimberlyK.Querrey再生纳米医学中心、空军研究实验室（奖项编号FA-15-2-）、国家神经疾病研究所和中风和国家老龄化研究所（奖项编号R01NS、R21NS和R21NS-01A1）、LesTurnerALS基金会、纽约干细胞基金会、美国瘫痪退伍军人研究基金会（奖项编号PVA17RF8和国家科学基金会）法国肌肉萎缩症协会。资料来源：材料由西北大学提供斯原著。内容来源：