组织工程生物材料移植是近年来治疗脊髓损伤病人的临床转化研究热点。其中，天然材料如我国科学家团队的神经再生胶原支架和合成材料如国外科学家团队的聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)导管移植呈现出各自的优势，他们分别发表的临床研究报告都表明，这些生物材料的移植在治疗脊髓损伤病人中具有潜在的应用价值。然而，支架材料的长期安全性和修复机制不甚明了，这有赖于大动物如非人灵长类动物提供可靠的临床前研究数据。

我重点实验室曾园山教授团队前期采用三维明胶海绵支架材料治疗大鼠和犬脊髓损伤共发表了数十篇研究论文，结果表明该材料具有良好组织相容性与生物安全性，并获得国家发明专利授权。该团队在此基础上深入探索三维明胶海绵支架材料在治疗食蟹猴脊髓损伤中的相容性与安全性，及其修复神经组织的作用机制。

研究结果显示，三维明胶海绵支架材料移植到食蟹猴受损伤脊髓处显示出良好的组织相容性和治疗效果(图1)。

图1. 与单纯脊髓损伤对照组(SCI)相比，三维明胶海绵支架(GS)材料移植到食蟹猴受损伤脊髓处不引起更多的神经炎症及胶质反应(图A−L)；移植三维明胶海绵支架材料后，食蟹猴电生理功能显著改善(图M−Q)，移植材料8周后DTI可见神经纤维束再生(图R、S)。

此外，组织学分析发现有数量众多的组织细胞迁移到植入三维明胶海绵支架材料中，并分泌丰富的细胞外基质，在受损伤脊髓中形成促再生微环境，增强神经组织再生(图2)。

图2. 与单纯脊髓损伤对照组(SCI)相比，三维明胶海绵支架(GS)材料移植后可见众多CD13阳性的组织细胞迁移定植到支架材料中，同时可见大量的细胞外基质，例如层粘连蛋白(LN)及纤维粘连蛋白(FN)沉积到移植材料内(图A−F2)。移植三维明胶海绵支架材料后，损伤/移植区有更多的神经干细胞、神经前体细胞及幼稚神经元产生，甚至有少量的成熟神经元(图G−R)。

尤其值得注意的是，在非人灵长动物猴脊髓的受损伤后，处于急性期损伤区呈现的炎症诱发软脊膜和血管周围的成纤维细胞转分化为肌成纤维细胞形成纤维瘢痕组织。这种组织对其分布在脊髓损伤区界面起到一种收缩压迫的机械力作用，会造成残存的神经组织萎缩和退行性变。然而，在损伤区植入三维明胶海绵支架材料可抵抗损伤/移植区界面处α平滑肌肌动蛋白(αSMA)阳性肌成纤维细胞的入侵。从而阻断纤维瘢痕的形成，及其对损伤区残留神经组织的挤压(图3)。因此，该研究提示，对早期有坏死组织或液化空洞的脊髓损伤区实施减压清创术后，可移植入力学性能匹配的生物材料例如三维明胶海绵支架材料等，达到减轻炎症刺激成纤维细胞，替代肌成纤维细胞来稳定脊髓损伤区的界面的目的，从而避免因形成的纤维瘢痕收缩压迫邻近残存神经纤维束路而导致神经信息传递障碍，为上、下行神经通路的传导功能修复创造有利的条件。

图3. 在脊髓损伤(SCI)后，α平滑肌肌动蛋白(αSMA)阳性肌成纤维细胞细胞可在损伤区界面形成清晰的纤维瘢痕组织，对残留的神经组织造成挤压性损伤(图A−B2、E、F)。在损伤区植入三维明胶海绵支架(GS)材料可抵抗损伤/移植区界面处的入侵，从而阻断纤维瘢痕的形成，及其对损伤区残留神经组织的挤压(图C−D2、G、H)，最终减少损伤/移植区的组织破坏与炎症发生(图I−P)。

该研究成果“A biocompatible gelatin sponge scaffold confers robust tissue remodeling after spinal cord injury in a non-human primate model”近日在国际TOP期刋Biomaterials(中科院1区，IF=15.304) 在线发表。该项研究提出了在非人灵长动物脊髓损伤区早期植入具有良好组织相容性与生物安全性、且具有合适力学强度的生物材料，可以替代纤维瘢痕组织稳定脊髓损伤区界面，减轻继发性损伤的新理念(图4)。这项研究在新技术临床转化层面上可为应用三维明胶海绵支架材料修复中枢神经损伤奠定了理论和实验基础。

图4. 在食蟹猴脊髓损伤区移植入具有组织相容性与生物安全性的三维明胶海绵支架可以对抗纤维瘢痕组织的收缩挤压残留的神经组织，促进组织细胞进入与定植，营造促再生的微环境，从而增强神经组织的再生。

原文链接：//doi.org/10.1016/j.biomaterials.2023.122161