一种新的注射疗法利用“跳舞分子”来逆转瘫痪并修复严重脊髓损伤后的组织。当对瘫痪小鼠脊髓周围的组织进行一次注射时，这些动物在短短四个星期后就恢复了行走的能力。

(资料图)

该研究发表在《科学》杂志上的文章“具有增强超分子运动的生物活性支架促进脊髓损伤的恢复”。

西北大学材料科学与工程、化学、医学和生物医学工程教授塞缪尔·斯图普博士说：“我们的研究旨在找到一种可以防止个人在重大创伤或疾病后瘫痪的疗法。”“几十年来，这一直是科学家面临的重大挑战，因为我们身体的中枢神经系统，包括大脑和脊髓，在受伤或发生退行性疾病后没有任何显着的自我修复能力。我们将直接向FDA申请，开始批准这种新疗法用于人类患者，而目前人类患者的治疗选择很少。”

研究小组合成了“超分子肽原纤维支架”，其带有两种促进神经再生的肽序列——一种可以减少神经胶质疤痕，另一种则可以促进血管形成。

该疗法通过调整分子的运动来发挥作用，这样它们就可以找到并正确地接合不断移动的细胞受体。该疗法以液体形式注射后，立即胶凝成模仿脊髓细胞外基质的复杂纳米纤维网络。通过匹配基质的结构、模仿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通信。

通过发送生物活性信号来触发细胞修复和再生，突破性疗法通过五个关键方式显着改善了严重受损的脊髓：(1)切断的轴突再生;(2)疤痕组织明显减少;(3)细胞周围的髓磷脂重新形成;(4)形成功能性血管，将营养物质输送至损伤部位的细胞;(5)更多的运动神经元存活下来。

“神经元和其他细胞中的受体不断移动，”斯塔普说。“我们研究的关键创新是控制纳米纤维内超过100,000个分子的集体运动，这是以前从未做过的。通过使分子移动、‘跳舞’，甚至暂时跳出这些被称为超分子聚合物的结构，它们能够更有效地与受体连接。”

“鉴于细胞本身及其受体处于不断运动状态，你可以想象运动速度越快的分子会更频繁地遇到这些受体，”斯图普说。“如果分子反应迟缓并且不那么‘社交’，它们可能永远不会与细胞接触。”

微调纳米纤维网络内分子的运动，使它们更加灵活，从而对瘫痪小鼠产生更大的治疗效果。研究人员证实，在人体细胞的体外测试中，具有增强分子运动的疗法配方表现更好，表明生物活性和细胞信号传导增强。

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都至关重要。一种信号会促使脊髓中神经元(称为轴突)的长尾再生。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感觉丧失甚至瘫痪。另一方面，修复轴突可以增加身体和大脑之间的沟通。

第二个信号有助于神经元在受伤后存活，因为它会导致其他细胞类型增殖，促进失去的血管再生，为神经元和组织修复的关键细胞提供营养。该疗法还诱导轴突周围的髓磷脂重建，并减少神经胶质疤痕，神经胶质疤痕是阻止脊髓愈合的物理屏障。

疗法发挥作用后，这些材料会在12周内生物降解为细胞的营养物质，然后完全从体内消失，不会产生明显的副作用。

“研究中使用的信号模仿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，而且生产成本昂贵，”该研究的第一作者ZaidaÁlvarez博士说。“我们的合成信号是短的、经过修饰的肽，当成千上万个肽结合在一起时，它们将存活数周以提供生物活性。最终的结果是一种生产成本更低、持续时间更长的疗法。”

虽然新疗法可用于预防重大创伤(车祸、跌倒、运动事故和枪伤)以及疾病引起的瘫痪，但斯图普认为，潜在的发现——“超分子运动”是生物活性的关键因素——可以应用于其他疗法和目标。

Stupp说：“我们在受损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(如肌萎缩侧索硬化症、帕金森病和阿尔茨海默病)影响的大脑中的中枢神经系统组织相似。”“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。”

“目前，没有任何疗法可以触发脊髓再生，”再生医学专家斯图普说。“鉴于脊髓损伤可能对患者的生活产生巨大影响，我想改变脊髓损伤的结果并解决这个问题。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策略产生影响。”