本项创新成果聚焦于生物制药技术,特别介绍了一种新型的类胞葬信号仿生复合纤维支架,包括其制备技术和应用领域。该支架由嗜中性粒细胞膜包裹的纤维骨架构成,纤维骨架内部封装有特定生物活性成分,旨在模拟细胞外环境,促进细胞生长和组织修复。
背景技术
脊髓损伤(SCI)是一种发生于急性脊髓受压或横断后的破坏性神经状态,因其难以恢复的感觉、运动功能障碍而为患者带来持久的身体与经济负担。在脊髓损伤中,承接于直接物理损伤后的继发性损伤会引发持续的炎症级联反应,从而导致进行性的神经元死亡与神经修复失败。继发性损伤与损伤局部的炎症细胞次第浸润密切相关。作为炎症反应中最先浸润损伤局部的细胞,中性粒细胞一方面通过脱颗粒释放多种酶类如髓过氧化物酶(MPO)、基质金属蛋白酶(MMPs)、中性粒细胞弹性蛋白酶(NE)等加重组织损伤,另一方面通过释放多种炎症因子激活巨噬细胞细胞、小胶质细胞等进一步放大炎症并诱导神经元损伤。紧随其后,在此类促炎信号的刺激下,被募集到损伤处的巨噬细胞向M1表型过度极化,并进一步分泌IL-1β,TNF-α等炎性因子,导致难以控制的炎症风暴。因此在脊髓损伤早期抑制中性粒细胞的募集同时促进巨噬细胞从促炎表型(M1)向抗炎表型(M2)的改变被认为是减轻继发性损伤,促进组织修复的有效措施。
然而,尽管在传统理解中,损伤局部中性粒细胞与巨噬细胞之间的串扰是导致细胞因子风暴,加重神经继发性损伤的罪魁祸首,但随着近年来研究的不断深入,借由巨噬细胞胞葬中性粒细胞所展现的抗炎修复效应逐渐引起人们的关注。已有研究发现,炎症环境下巨噬细胞胞葬凋亡的中性粒细胞,能够通过抑制促炎细胞因子和诱导白介素(IL)-10、转化生长因子(TGF)-β的产生来激活抗炎反应,促进自身向M2表型极化。中性粒细胞所分泌的细胞外囊泡也具有类似的效果。
中性粒细胞的募集是由多个配体受体轴所协调的,针对单一受体的策略往往不能有效抑制中性粒细胞的募集以及炎症进展。中性粒细胞膜因其继承于源细胞的多种受体,能够中和损伤局部多种趋化因子和炎症因子,抑制自体炎症细胞向损伤处浸润,作为细胞因子诱饵已被成功应用于脊髓损伤、骨关节炎、椎间盘退变等领域。然而在既往的研究中,只关注了中性粒细胞膜的炎症吸附作用,对于完成这一使命后中性粒细胞膜的转归尚未有人研究。鉴于病理生理条件下巨噬细胞胞葬中性粒细胞及其细胞外囊泡所触发的抗炎效应,我们怀疑,中性粒细胞膜是否具有类似的效能,在完成免疫吸附的使命,被损伤局部巨噬细胞吞噬后对其炎症表型的改变发挥额外的调节作用。
脊髓损伤后,局部组织空洞阻碍了神经元轴突的连接,多种炎症细胞浸润触发的炎症因子风暴与局部神经营养因子的耗竭导致了持续的神经元死亡与神经修复失败。生物材料支架与生物因子作为组织工程的两大关键要素,能够为损伤修复提供良好的细胞生长平台与适宜的生物微环境,已被广泛应用于多种损伤场景。课题组前期开发的包封BDNF的定向微溶胶静电纺丝在脊髓损伤修复领域取得了良好的疗效。其取向排列的纺丝纤维填补了损伤导致的组织缺损,以其独特的拓扑结构诱导巨噬细胞向M2表型极化,改善神经炎症。同时可以模拟天然脊髓组织的结构,引导轴突生长,减少星形胶质细胞的浸润,促进神经修复,减少纤维化瘢痕形成。核壳结构保护下的BDNF持续释放,补充神经营养,引导内源性神经干细胞向神经元分化,指导神经再生。然而,天然神经纤维具有高度亲水性,PLLA纺丝的疏水性可能会限制其所具备的生物学效能,因此针对纺丝表面的涂层改性是一种可行的措施。
实现思路