原創(chuàng): 彪彪 文章來源：生物制品圈

摘要：修復(fù)和再生受損的神經(jīng)組織仍然是一個重大挑戰(zhàn)，導(dǎo)致患者因恢復(fù)不完全而出現(xiàn)永久性功能缺陷。在新型治療策略中，使用干細(xì)胞療法的再生醫(yī)學(xué)在實驗和臨床環(huán)境中顯示出巨大的治療潛力。本章討論了干細(xì)胞分化方法和優(yōu)化協(xié)議，將它們轉(zhuǎn)化為成熟的神經(jīng)細(xì)胞及其策略，以振興受損的神經(jīng)組織。此外，基于干細(xì)胞療法與其他新型策略（如納米技術(shù)）的組合方法將作為替代方案進行評估，以增強干細(xì)胞的治療潛力，從而獲得更好的預(yù)后。

1.引言
如今，由神經(jīng)系統(tǒng)（NS）損傷或缺陷引起的疾病對患者和社會產(chǎn)生了巨大的社會和經(jīng)濟影響。許多人因多種原因遭受NS損傷，包括由事故或運動創(chuàng)傷引起的脊髓損傷、先天性疾病或其他病理原因，如中風(fēng)和神經(jīng)退行性疾病。此外，缺血、自由基以及接觸化學(xué)和有毒物質(zhì)也可能導(dǎo)致NS損傷。根據(jù)NS損傷的類型和嚴(yán)重程度，可能會出現(xiàn)一系列困難，如運動功能障礙、感覺或知覺缺陷或痛苦的神經(jīng)病理狀況，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量。此外，患有NS疾病的患者可能會遭受嚴(yán)重的情緒、認(rèn)知和心理問題。周圍神經(jīng)是脆弱的，可能會受傷。中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）或周圍神經(jīng)系統(tǒng)（PNS）損傷后的恢復(fù)過程也不同。PNS損傷可能會干擾大腦控制、協(xié)調(diào)或調(diào)節(jié)肌肉和功能的能力，并可能導(dǎo)致感覺、運動或兩者功能的喪失。PNS損傷還可能導(dǎo)致這些神經(jīng)的功能障礙（周圍神經(jīng)病變）。實際上，與中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元不同，周圍神經(jīng)系統(tǒng)中的神經(jīng)在受傷后具有特定的自發(fā)再生能力。作為周圍神經(jīng)再生中的中樞主要功能和結(jié)構(gòu)細(xì)胞，許旺細(xì)胞在PNS損傷后會增殖，巨噬細(xì)胞或單核細(xì)胞吞噬受傷區(qū)域的髓鞘和軸突碎片。軸突中斷可以直接使許旺細(xì)胞從成熟的髓鞘狀態(tài)變?yōu)槿シ只癄顟B(tài)。此外，許旺細(xì)胞還分泌多種細(xì)胞因子，如白介素-1α、腫瘤壞死因子α和白血病抑制因子，以促進巨噬細(xì)胞的招募和碎片消化。此外，由許旺細(xì)胞分泌的神經(jīng)營養(yǎng)因子，包括腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子、神經(jīng)生長因子和膠質(zhì)細(xì)胞系源神經(jīng)營養(yǎng)因子，促進軸突生長和神經(jīng)元存活。通常，PNS損傷需要手術(shù)治療，但可能沒有令人滿意的結(jié)果。在CNS中，星形膠質(zhì)細(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞和其他細(xì)胞通過在受傷部位形成厚厚的膠質(zhì)瘢痕組織，阻止軸突生長和神經(jīng)再生。此外，CNS中缺乏許旺細(xì)胞使損傷再生更加困難。有一些NS再生策略，如系統(tǒng)或局部藥物輸送、神經(jīng)移植手術(shù)、利用神經(jīng)導(dǎo)管和基因療法。但由于手術(shù)部分的不完整性和血腦屏障（BBB）的存在，這些策略受到限制，這使得藥物或治療劑進入CNS并可能產(chǎn)生副作用。這些限制使得傳統(tǒng)NS治療方法不令人滿意。因此，具有更高效率和更低并發(fā)癥的方法，如NS組織工程和細(xì)胞療法，最近引起了科學(xué)家的注意。

2.神經(jīng)元類型
從形態(tài)學(xué)上講，神經(jīng)元分為三類，包括（a）單極神經(jīng)元，其樹突和軸突從細(xì)胞體的一個點發(fā)出，如背根神經(jīng)節(jié)感覺神經(jīng)元；（b）雙極神經(jīng)元，其樹突和軸突從細(xì)胞體的兩個點發(fā)出，例如，嗅覺黏膜的感覺神經(jīng)元；以及（c）多極神經(jīng)元，其樹突和軸突從細(xì)胞體的幾個點發(fā)出，例如，運動神經(jīng)元。從功能上講，神經(jīng)元分為三組。第一，感覺或傳入神經(jīng)元，它們對感覺系統(tǒng)中的特定刺激做出反應(yīng)（如光、聲波或某些化學(xué)物質(zhì)）；第二，運動或傳出神經(jīng)元，它們將電脈沖引導(dǎo)至肌肉或分泌細(xì)胞；第三，中間神經(jīng)元，它們是NS中數(shù)量最多的神經(jīng)元，在CNS中處理信息方面有許多作用。

3.干細(xì)胞療法促進神經(jīng)系統(tǒng)再生
干細(xì)胞療法是NS組織工程和其他組織，如心肌細(xì)胞的有希望的策略。為此，可以使用未分化和神經(jīng)分化的干細(xì)胞。在以下部分中，將討論不同類型的干細(xì)胞以及在神經(jīng)組織中應(yīng)用這些細(xì)胞的策略。

4.神經(jīng)系統(tǒng)再生中的干細(xì)胞類型
通過自我更新，多能干細(xì)胞可以分化成不同類型的成熟細(xì)胞，如成人神經(jīng)細(xì)胞。通過干細(xì)胞療法可以利用幾種類型的干細(xì)胞進行神經(jīng)組織再生。例如，胚胎干細(xì)胞（ESCs）、神經(jīng)干細(xì)胞（NSCs）、成人干細(xì)胞、誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSCs）、骨髓基質(zhì)細(xì)胞（BMSc）、皮膚源性前體干細(xì)胞、脂肪干細(xì)胞以及其他間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）都已用于此目的。圖1展示了iPSCs分化為神經(jīng)細(xì)胞的潛力，包括神經(jīng)元、少突膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞。干細(xì)胞類型和NS疾病或損傷對用于神經(jīng)修復(fù)的干細(xì)胞命運至關(guān)重要。例如，可以分化為神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞的NSCs，可能潛在地治療帕金森病或多發(fā)性硬化癥等神經(jīng)退行性疾病。然而，干細(xì)胞的生物力學(xué)和生化微環(huán)境是決定分化細(xì)胞類型的關(guān)鍵因素。

圖1 多能干細(xì)胞在神經(jīng)組織再生中的潛力。該圖示比較了從胚泡內(nèi)細(xì)胞團中提取胚胎干細(xì)胞（ESCs）的過程，以及如何通過山中因子的誘導(dǎo)從體細(xì)胞中獲得誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSCs）。這些多能干細(xì)胞隨后可以被引導(dǎo)分化為中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）中發(fā)現(xiàn)的三種主要細(xì)胞類型（神經(jīng)元、少突膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞）。

5.干細(xì)胞分化方法
有幾種方法可以將干細(xì)胞分化為神經(jīng)細(xì)胞。將干細(xì)胞體外分化后再移植到缺陷或受傷區(qū)域，可以降低腫瘤形成的風(fēng)險以及干細(xì)胞分化為非預(yù)期細(xì)胞類型的風(fēng)險。此外，與體內(nèi)相比，在培養(yǎng)基中控制分化更為方便。通過使用干細(xì)胞表面具有相關(guān)受體的有效信號分子，可以促進干細(xì)胞分化為神經(jīng)細(xì)胞，包括細(xì)胞因子、生長因子、細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）分子和鄰近細(xì)胞的表面蛋白。為了將胚胎體分化為神經(jīng)細(xì)胞，Wu Ma等人將來自人類胚胎干細(xì)胞（hESC）的胚胎體培養(yǎng)在包括聚-D-賴氨酸（PDL）、PDL/纖維連接蛋白、PDL/層粘連蛋白、I型膠原和Matrigel等ECM分子上。結(jié)果表明，干細(xì)胞與層粘連蛋白的相互作用促進了hESCs直接神經(jīng)分化的信號通路。將干細(xì)胞培養(yǎng)在三維無細(xì)胞ECM上，這為細(xì)胞生長提供了適當(dāng)?shù)臈l件，將影響干細(xì)胞的分化。例如，在一項研究中，評估了3D ECM（由去細(xì)胞化的未分化ESC聚合體（AGG）、自發(fā)分化的胚胎體（EB）和ESC衍生的神經(jīng)祖細(xì)胞（NPC）聚合體制成）對小鼠ESCs和人類iPSCs增殖的影響。結(jié)果表明，ESCs和人類iPSCs將根據(jù)3D ECM類型表現(xiàn)出不同的表型。使用物理刺激，如機械、熱以及磁場或電場可以影響干細(xì)胞的神經(jīng)分化。在一項研究中，將極低頻電磁場（ELF-EMF；50 Hz，1 mT）應(yīng)用于骨髓來源的人間充質(zhì)干細(xì)胞（hMSCs）在石墨烯涂層基底上的神經(jīng)分化，導(dǎo)致細(xì)胞粘附、分化和神經(jīng)生成效率提高。使用細(xì)胞質(zhì)提取物、自由基和活性氧種、遺傳調(diào)控和納米復(fù)合材料是干細(xì)胞分化為神經(jīng)細(xì)胞的其他策略。

6.干細(xì)胞療法在神經(jīng)組織再生中的策略
通過干細(xì)胞療法進行神經(jīng)組織工程的兩個主要策略包括激活內(nèi)源性干細(xì)胞和祖細(xì)胞移植。哺乳動物的中樞NS中存在內(nèi)源性NSCs，它們可以增殖和分化。因此，這些內(nèi)源性NSCs可以在受傷部位引導(dǎo)神經(jīng)生成并改善神經(jīng)組織再生。然而，由內(nèi)源性NSCs新生成的神經(jīng)元沒有成熟神經(jīng)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致神經(jīng)組織工程并非如此成功。盡管如此，移植不同類型的干細(xì)胞被認(rèn)為是至少在某些神經(jīng)損傷/退行中潛在有效的治療選擇。以下將描述干細(xì)胞移植的策略。

6.1.干細(xì)胞的直接注射
在神經(jīng)系統(tǒng)的干細(xì)胞治療中，直接注射干細(xì)胞是一種方法。在一項研究中，研究人員將2×10^6男性骨髓基質(zhì)細(xì)胞（BMSc）注射到中年雌性中風(fēng)大鼠的頸動脈中。BMSc的注射在中風(fēng)后1天進行。BMSc注射兩周后，與對照動物相比，神經(jīng)功能缺損顯著恢復(fù)。此外，瘢痕厚度顯著減少。在隨訪中，干細(xì)胞注射的效果持續(xù)存在，活BMSCs在注射后1年仍存在于缺血部位。在另一項研究中，進行了單側(cè)腰腹根撕脫，然后通過側(cè)索注射了3×10^5持續(xù)產(chǎn)生BDNF的MSCs。MSCs注射兩周后，手術(shù)腰腹根的運動神經(jīng)元得到挽救，脊髓回路得以重建。Srivastava 等人在小鼠（C57BL/6）大腦中制造了損傷，并通過未受損的左尾部分大腦注射了表達黃色熒光蛋白的ESCs。結(jié)果顯示，ESCs遷移到大腦的損傷部位，與未注射ESCs的損傷大腦相比，ESCs處理部分的損傷大腦中基因表達增加了四倍。直接注射干細(xì)胞可以改善神經(jīng)退行性疾病的治療。例如，Björklund 等人將未分化的小鼠ESCs注射到大鼠紋狀體中以治療帕金森病。作者報告稱，ESCs分化為多巴胺能（DA）神經(jīng)元。此外，DA介導(dǎo)的運動不對稱性和異常運動行為逐漸得到修復(fù)。圖2是使用干細(xì)胞治療人類帕金森病的圖示。在一項研究中，研究人員通過脊髓內(nèi)路徑，通過五次單側(cè)或五次雙側(cè)注射，向肌萎縮側(cè)索硬化癥（ALS）患者注射了10萬個胎兒來源的神經(jīng)干細(xì)胞。結(jié)果顯示，接受干細(xì)胞治療的患者沒有出現(xiàn)顯著并發(fā)癥，通過脊髓使用干細(xì)胞是安全的。Ryu 等人表明，注射人類神經(jīng)干細(xì)胞（hNSCs）可以增加亨廷頓�。℉D）動物模型的運動功能，并維持宿主神經(jīng)元。為了通過干細(xì)胞治療阿爾茨海默�。ˋD），將轉(zhuǎn)基因表達人類神經(jīng)生長因子（hNGF）和增強型綠色熒光蛋白（eGFP）基因的NSCs（NSC-hNGF-eGFP）雙側(cè)注射到AD大鼠的海馬和大腦皮層。結(jié)果顯示，NSC-hNGF-eGFP改善了AD大鼠的認(rèn)知功能。盡管直接注射干細(xì)胞對神經(jīng)組織再生有優(yōu)勢，但這種方法有一些局限性。例如，由于干細(xì)胞不可控制的命運，存在形成畸胎瘤的風(fēng)險和低細(xì)胞植入率。此外，注射部位缺乏適當(dāng)?shù)募?xì)胞外基質(zhì)（ECM）和必要的細(xì)胞粘附和生長因子是另一個限制因素。然而，新策略，如干細(xì)胞的鼻內(nèi)應(yīng)用和在細(xì)胞治療中使用支架，可能會提高神經(jīng)組織再生技術(shù)的效率。

圖 2 基于干細(xì)胞治療帕金森病

6.2.基于支架的干細(xì)胞治療在神經(jīng)組織再生中的應(yīng)用
為了準(zhǔn)確控制細(xì)胞的行為，體外細(xì)胞培養(yǎng)的條件應(yīng)盡可能接近細(xì)胞和ECM的生理環(huán)境�？紤]到使用支架的主要目的，即重建身體組織，每個支架都應(yīng)根據(jù)目標(biāo)組織的特性進行設(shè)計。它還可以引入特定的生物和機械效應(yīng)以改善和改變細(xì)胞行為。除了作為細(xì)胞粘附的基質(zhì)外，支架還會引起細(xì)胞遷移、生物化學(xué)因子的轉(zhuǎn)移以及營養(yǎng)物質(zhì)的釋放。它清除細(xì)胞產(chǎn)生的廢物。支架必須提供一個合適的基質(zhì)，以便將支架移植到缺陷區(qū)域。它可以模擬在創(chuàng)造細(xì)胞增殖和分化的物理和化學(xué)信號中發(fā)揮重要作用的ECM。通常，支架的形態(tài)、表面拓?fù)浜突瘜W(xué)性質(zhì)、其微觀結(jié)構(gòu)（孔隙率、大小和形狀）、親水性和疏水性以及支架制備方法影響培養(yǎng)細(xì)胞的行為和結(jié)構(gòu)。在身體的生理狀態(tài)下，ECM包含一組交織的生物聚合物纖維，如纖維連接蛋白、膠原和明膠，其直徑為納米級，為細(xì)胞增殖和分化提供必要的基質(zhì)特性。因此，許多基于這些聚合物的干細(xì)胞治療的神經(jīng)組織工程支架已經(jīng)制成。

一個理想的支架應(yīng)具有獨特的特性。例如，它應(yīng)具有足夠的孔隙率，且支架內(nèi)孔的大小應(yīng)均勻一致。這一特性有助于細(xì)胞更快速、更容易地替換，并促進營養(yǎng)物質(zhì)的擴散和細(xì)胞在整個支架結(jié)構(gòu)中的遷移。支架中的孔彼此相連，形成類似血液循環(huán)系統(tǒng)的連續(xù)通道。此外，支架必須具有良好的生物相容性，不應(yīng)引起原發(fā)性和繼發(fā)性免疫反應(yīng)。生物可降解性是組織工程支架的另一個必要屬性。支架的生物降解速率必須與細(xì)胞產(chǎn)生ECM的能力成比例。如果支架的生物降解速率過快，細(xì)胞將沒有足夠的時間制造ECM。同樣，隨著支架的破壞程度高，存活率也會較差。如果降解速率低，培養(yǎng)在支架上的細(xì)胞以及大量的蛋白質(zhì)和細(xì)胞基質(zhì)材料會對支架造成額外的負(fù)荷，支架無法承受并最終屈服并被破壞。支架的快速破壞可能會觸發(fā)身體的免疫反應(yīng)（支架的使用可以克服基于干細(xì)胞的神經(jīng)組織工程傳統(tǒng)方法的局限性。支架可以在治療過程中改善神經(jīng)細(xì)胞的功能。例如，電導(dǎo)支架可以增強再生軸突的電指導(dǎo)。支架的另一個重要特性是具有適當(dāng)?shù)碾姾�、極性以及化學(xué)和機械屬性以支持細(xì)胞粘附、增殖和分化。此外，用于神經(jīng)組織工程的支架必須具有所需的電導(dǎo)率。支架的特性可以根據(jù)要求和預(yù)期的應(yīng)用進行優(yōu)化和調(diào)整。以下將解釋不同類型的材料，包括合成和天然聚合物，這些材料可以用來制造神經(jīng)組織工程支架。

6.2.1.基于水凝膠的神經(jīng)組織工程支架
在不同類型的支架中，基于水凝膠的支架因其對干細(xì)胞生長、增殖和分化的有用特性而受到神經(jīng)組織工程的關(guān)注。與其他類型的支架相比，水凝膠提供了更高的靈活性和易用性。此外，水凝膠可以模擬天然的ECM，提高神經(jīng)組織再生的效率。在一項研究中，一種可生物降解且生物相容的三維聚（乳酸乙二醇雙酸）水凝膠（PLEOF）被五肽IKVAV修飾（IKVAV-PLEOF）。該支架被用于神經(jīng)干細(xì)胞的粘附。研究結(jié)果表明，這種水凝膠為神經(jīng)細(xì)胞的粘附、生長和分化提供了適當(dāng)?shù)幕�質(zhì)。另一個例子是基于透明質(zhì)酸（HA）的自聚合水凝膠，旨在提高植入干細(xì)胞的存活和分化潛力。水凝膠系統(tǒng)的特性可以針對腦內(nèi)移植進行優(yōu)化。結(jié)果顯示，基于HA的水凝膠系統(tǒng)增強了人神經(jīng)祖細(xì)胞（iPS-NPCs）在移植到中風(fēng)區(qū)域后的存活。此外，干細(xì)胞的命運可以通過使用適當(dāng)?shù)幕�于水凝膠的支架得到支持。Mauri 等人評估了Arg-Gly-Asp（RGD）功能化的聚丙烯酸（PAA）水凝膠對神經(jīng)干細(xì)胞附著和增殖的影響。與單層（2D）細(xì)胞培養(yǎng)條件相比，這種水凝膠增加了接種后活躍期的細(xì)胞數(shù)量�？勺⑸渌�凝膠是細(xì)胞治療中合適的干細(xì)胞載體。Wei 等人制造了一種基于多糖（N-羧乙基殼聚糖（CEC）和氧化海藻酸鈉（OSA））的生物相容自修復(fù)水凝膠。這種水凝膠被用于NSCs的遞送。所制造水凝膠的硬度與腦組織相似（100~1000 Pa）。作者報告稱，這種新型水凝膠成功支持了NSCs的增殖和向成熟神經(jīng)元的分化，比例更高。在另一項研究中，設(shè)計了一種具有單向?qū)�齊微通道的3D打印水凝膠。水凝膠系統(tǒng)的獨特特性是它允許在水凝膠中控制生物活性分子的分布。研究結(jié)果表明，神經(jīng)細(xì)胞沿著水凝膠的微通道生長，這意味著水凝膠可以以特定的排列方式指導(dǎo)移植的NSCs。新型可注射的二嵌段共聚肽水凝膠（DCH）包含改性L-蛋氨酸（Met）的親水段，具有穩(wěn)定的機械特性，用于神經(jīng)干/祖細(xì)胞（NSPC）遞送。在體外培養(yǎng)條件下，非離子Met-亞砜配方（DCHMO）為細(xì)胞附著提供了適當(dāng)?shù)幕�質(zhì)。在將DCHMO注射到未受損的前腦四周后，展示了未成熟星形膠質(zhì)細(xì)胞表型的發(fā)育，這表明基于Met的DCH可以作為神經(jīng)組織工程中干細(xì)胞遞送的載體。水凝膠的機械特性影響干細(xì)胞生長。在一項已發(fā)表的研究中，Koser 等人評估了使用聚丙烯酰胺與層粘連蛋白水凝膠在發(fā)育中的大腦中機械特性對軸突生長的影響。體外和體內(nèi)實驗評估的結(jié)果表明，神經(jīng)元的生長和發(fā)展取決于周圍環(huán)境組織機械特性，以至于軸突向軟基質(zhì)生長。這些數(shù)據(jù)對神經(jīng)組織工程具有重要意義。Farrukh 等人開發(fā)了聚丙烯酰胺水凝膠，用聚賴氨酸（PL）和含有層粘連蛋白序列IKVAV的19肽生物功能化（IKVAV）。評估了所制造水凝膠對胚胎和成年神經(jīng)祖細(xì)胞的影響。作者報告稱，與僅含IKVAV或PL的水凝膠相比，使用雙功能化水凝膠顯著改善了細(xì)胞增殖、粘附和神經(jīng)發(fā)生。其他利用基于水凝膠的支架在神經(jīng)組織再生中的應(yīng)用實例已在表1中總結(jié)，供進一步閱讀。

6.2.2.非水凝膠基天然支架
許多天然聚合物可用于制造神經(jīng)組織。包括不溶性細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)分子（例如，膠原蛋白），層粘連蛋白，纖維連接蛋白和明膠，這些在軸突發(fā)展和生長中扮演重要角色的化合物，已被廣泛用作神經(jīng)組織再生的支架。殼聚糖，甲殼素和其他多糖，如海藻酸鹽和透明質(zhì)酸（HA），也已被用于神經(jīng)組織工程的支架制造。同樣，一些天然蛋白質(zhì)，如角蛋白和絲素蛋白，也在神經(jīng)組織工程中表現(xiàn)出高效性。在一項研究中，使用冷凍干燥法制造了多孔膠原-甲殼素支架，用于培養(yǎng)大鼠骨髓源性間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）。隨后將含有大鼠骨髓MSCs的細(xì)胞浸漬支架植入實驗性創(chuàng)傷性大鼠模型的受損大腦中。結(jié)果顯示，使用膠原-甲殼素支架的干細(xì)胞移植改善了創(chuàng)傷性腦損傷大鼠的神經(jīng)病理損傷的再生。有趣的是，治療顯著降低了神經(jīng)學(xué)嚴(yán)重性評分，縮短了莫里斯水迷宮的平均潛伏期，減少了受損腦組織的退化，并增加了移植腦區(qū)的血管內(nèi)皮生長因子。在另一項組織工程神經(jīng)通道（TENC）制造研究中，許旺細(xì)胞（SCs）和脂肪源性干細(xì)胞（ADSCs）被共培養(yǎng)。它們被播種在絲素蛋白（SF）/膠原蛋白支架上。該支架被植入實驗性大鼠模型的1厘米長的坐骨神經(jīng)缺損中。TENCs對神經(jīng)組織再生的效果在12周治療后與自體神經(jīng)移植相似，但比SF/膠原蛋白支架更有效。

6.2.3.非水凝膠合成支架
在制造的支架中，合成聚合物可以輕松控制機械特性和生物可降解性的嚴(yán)重性。幾種合成聚合物已被用于基于干細(xì)胞治療的神經(jīng)組織工程，包括聚α-羥基酯，如聚乙醇酸，聚乳酸，聚乳酸-羥基乙酸共聚物，聚己內(nèi)酯和聚酸酐。Zhou 等人使用PLGA支架促進間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）的增殖和神經(jīng)分化，以及神經(jīng)元的粘附和生長。培養(yǎng)的細(xì)胞被標(biāo)記為綠色熒光蛋白（GFP），并播種在PLGA支架上。作者報告說，該支架可以很好地支持MSCs和神經(jīng)元的生長和遷移。此外，MSCs在PLGA支架上分化為神經(jīng)細(xì)胞。在另一項研究中，活性許旺細(xì)胞（ASCs）和誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSCs）衍生的神經(jīng)干細(xì)胞（iPSC-NSCs）被裝載在生物相容性和生物可降解的聚己內(nèi)酯（PCL）支架中，用于脊髓損傷（SCI）再生。植入后，損傷腔的體積減小，SCI模型大鼠的運動功能恢復(fù)顯著改善。

7.納米技術(shù)在神經(jīng)再生中的應(yīng)用
具有獨特特性的納米材料，如高比表面積，為神經(jīng)組織修復(fù)和治療策略提供了新的和基礎(chǔ)性的進步。已經(jīng)證明，納米拓?fù)涫羌?xì)胞行為的指南。因此，通過將細(xì)胞相互作用導(dǎo)向納米尺寸，可以利用納米技術(shù)知識控制細(xì)胞行為，包括控制細(xì)胞增殖和干細(xì)胞向目標(biāo)組織的分化。

7.1.納米結(jié)構(gòu)改性支架
納米結(jié)構(gòu)可以修改支架的機械和電學(xué)特性，使其適合用于神經(jīng)組織工程。此外，通過在神經(jīng)組織工程的結(jié)構(gòu)中利用納米材料，支架提高了干細(xì)胞在支架上的附著、生長、增殖和分化的效率。通過使用納米顆粒（NPs），可以改變支架孔的大小和方向。因此，可以控制營養(yǎng)物質(zhì)、生長因子和基質(zhì)蛋白的進入以及細(xì)胞碎片的排出。幾種不同形狀、大小和材料的NPs可以通過干細(xì)胞治療用于神經(jīng)組織再生，如金NPs，石墨烯和磁性NPs。

然而，一些類型的納米顆粒（NPs），例如銀或鈦納米顆粒，可能對神經(jīng)細(xì)胞具有細(xì)胞毒性。

在最近的研究中，通過冷凍干燥法合成了金納米棒增強絲素蛋白支架（SF/GNRs），以研究PC12細(xì)胞作為神經(jīng)干細(xì)胞的附著、生長、增殖和分化。結(jié)果顯示，與純絲素蛋白支架相比，這種支架增強了PC12細(xì)胞的附著和增殖，并改善了PC12細(xì)胞向成熟神經(jīng)細(xì)胞的分化。此外，SF/GNRs支架具有生物相容性和可生物降解性。同樣，基于絲素的金納米復(fù)合通道被用于周圍神經(jīng)組織工程。球形金納米顆粒被吸附到通過電紡絲方法制造的絲素納米復(fù)合膜上，最終通過在不銹鋼芯上滾動構(gòu)建通道。許旺細(xì)胞被播種在這種支架上，并植入大鼠神經(jīng)斷裂級坐骨神經(jīng)損傷模型中。結(jié)果顯示，再生組織的髓鞘化顯著增加。此外，用這種支架治療的動物能夠執(zhí)行復(fù)雜的運動活動。

除了金納米顆粒外，另一種納米結(jié)構(gòu)已被用于神經(jīng)組織工程。例如，譚丁等人開發(fā)了一種通過結(jié)合銀納米顆粒和I型膠原纖維來快速修復(fù)兔子受損坐骨神經(jīng)的支架。將這種支架浸入層粘連蛋白并使層粘連蛋白附著在膠原上后，將支架植入受損區(qū)域。植入支架30天后，使用透射電子顯微鏡和電生理測試評估神經(jīng)再生。結(jié)果顯示，這種類型的支架比沒有銀納米顆粒的對照膠原支架具有更多的層粘連蛋白吸收，在損傷修復(fù)期間髓鞘更厚，神經(jīng)信號的傳導(dǎo)速度和電位幅度增加。

納米纖維/納米管支架的生產(chǎn)，如具有細(xì)胞生物相容性和卓越電導(dǎo)率的碳納米管，增加了神經(jīng)元的活性。在另一項研究中，使用絲素蛋白和單壁碳納米管（SF/SWNTs）通過冷凍干燥技術(shù)制造了神經(jīng)引導(dǎo)通道（NGCs）。研究人員證明，這些神經(jīng)引導(dǎo)通道具有均勻的多孔結(jié)構(gòu)和所需的電導(dǎo)率。此外，通過電紡絲程序在SF/SWNT通道結(jié)構(gòu)內(nèi)制造了含有纖維連接蛋白（FN）的納米纖維。結(jié)果顯示，纖維連接蛋白在這些通道中保持生物活性并改善細(xì)胞附著。然后將神經(jīng)引導(dǎo)通道植入10毫米神經(jīng)損傷的大鼠中。5周后，他們觀察到SF/SWNT/FN神經(jīng)引導(dǎo)通道具有生物相容性，并且高度能夠再生神經(jīng)組織。Koh 等人通過結(jié)合聚（L-乳酸）（PLLA）和層粘連蛋白制備了納米纖維支架。通過共價結(jié)合、物理吸附或電紡絲過程進行支架的層粘連蛋白修飾。評估PC12細(xì)胞活性和測量神經(jīng)細(xì)胞在支架上的生長表明，這些支架增加了神經(jīng)細(xì)胞增殖，并能夠模仿細(xì)胞外基質(zhì)，促進神經(jīng)組織再生。

7.2.用于穿越血腦屏障的納米顆粒藥物運輸
中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）損傷再生的另一種策略是治療劑和干細(xì)胞遞送。然而，血腦屏障（BBB）保護中樞神經(jīng)系統(tǒng)，嚴(yán)格控制一系列分子的交換。血腦屏障是大腦抵御病原體的保護屏障，除了在藥物和基因遞送策略中阻止許多治療分子和基因的進入。因此，血腦屏障被認(rèn)為是細(xì)胞治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)再生失敗的因素之一。

研究表明，脂溶性、非常小的低分子量分子（低于400-500道爾頓）可以穿過血腦屏障。此外，如激素等特殊分子可以穿過血腦屏障。特定的轉(zhuǎn)運蛋白對于將較大的營養(yǎng)物質(zhì)、離子和大分子穿過血腦屏障至關(guān)重要。通常，分子遵循兩條途徑穿過大腦；分子通過擴散由于脂溶性或通過催化轉(zhuǎn)運穿過血腦屏障。

不同類型的NPs可以增強治療劑穿越血腦屏障進入大腦的轉(zhuǎn)移，包括金屬NPs，特別是金NPs，脂質(zhì)NPs包括脂質(zhì)體，固體脂質(zhì)NPs，基于聚合物的NPs包括聚乙醇酸，聚乳酸，聚乳酸-羥基乙酸共聚物，膠束聚合物NPs，和樹枝狀聚合物。Roger 等人將骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞與紫杉醇-聚乳酸-羥基乙酸共聚物納米顆粒融合以治療膠質(zhì)瘤。作者報告說，這些NPs對細(xì)胞的活性和分化影響微不足道。細(xì)胞給藥后兩天，追蹤了載有NPs的熒光標(biāo)記MSCs。結(jié)果表明，載有NPs的MSCs向人類膠質(zhì)瘤異種移植物遷移。

8.結(jié)論
由于神經(jīng)系統(tǒng)的復(fù)雜性和瘢痕病變的形成，治療神經(jīng)損傷和神經(jīng)病變存在許多挑戰(zhàn)。如神經(jīng)自體移植手術(shù)等治療策略，對神經(jīng)組織的再生有限，并引起嚴(yán)重的副作用。干細(xì)胞基礎(chǔ)的神經(jīng)組織工程等新的治療方法可以改善NS缺陷和疾病的修復(fù)。同時使用納米技術(shù)與干細(xì)胞治療可以提高治療效果。這些策略對于治療神經(jīng)損傷患者和減輕他們的痛苦是有希望的。