一項來自美國西北大學(xué)材料方面的開創(chuàng)性研究可能有助于那些需要干細胞治療的脊髓損傷、中風(fēng)、帕金森病、阿爾茨海默病、關(guān)節(jié)炎或任何其他需要組織再生的病癥的患者。

資深作者西蒙斯·辛普森·奎里生物納米技術(shù)研究所所長、董事會主任，材料科學(xué)與工程，化學(xué)，醫(yī)學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程教授塞繆爾·史圖普（Samuel I. Stupp）說：“在細胞治療的背景下，人們治愈這些疾病或再生壞死的組織是非常重要的。”

該研究于當(dāng)?shù)貢r間7月10日在Nature Communications雜志上發(fā)表。

我們身體中的細胞不斷接收來自其周圍基質(zhì)中的蛋白質(zhì)和其他分子發(fā)出的不同指令。例如，一些物質(zhì)可以誘導(dǎo)細胞表達特定基因，從而它們可以增殖或分化成促進組織生長或再生的幾種細胞。這種信號機制的特別之處在于這是活體中使信號停止并根據(jù)需要重新啟動的內(nèi)建能力，或者關(guān)閉一個信號并激活不同的信號來編程非常復(fù)雜的過程。目前，建立具有這種再生療法動態(tài)能力的人造材料幾乎是不存在的。

在今天發(fā)表的新作中報告了這種具有觸發(fā)這種動態(tài)信號過程的可逆性合成物質(zhì)的開發(fā)。該平臺不僅可以研究更有效的管理干細胞再生療法的物質(zhì)，而且還將允許科學(xué)家在實驗室中探索和發(fā)現(xiàn)新的方法來控制細胞的演化及其功能。

該研究其中一個發(fā)現(xiàn)是使用合成材料誘導(dǎo)神經(jīng)干細胞增殖的可能性，然后在操作者選擇的特定時間，觸發(fā)它們分化成神經(jīng)元，然后按要求將干細胞返回到增殖狀態(tài)。

本文還報道了脊髓神經(jīng)干細胞--最初被分類為被稱為“神經(jīng)球”的結(jié)構(gòu)，可以被信號驅(qū)動擴散和分化。但是，當(dāng)這個信號被關(guān)閉時，細胞自發(fā)地重組成菌落。這揭示了這些細胞之間的強烈相互作用，并且可能對于了解發(fā)育和再生過程十分重要。

這種操作細胞的新技術(shù)的潛在應(yīng)用可能有助于治愈帕金森病患者。患者的皮膚細胞可以使用現(xiàn)有技術(shù)轉(zhuǎn)化為干細胞。這種新技術(shù)可以幫助增值體外新轉(zhuǎn)化的干細胞--在實驗室中--然后在移植前將其分化為多巴胺生成神經(jīng)元。

在這個新技術(shù)中，材料用不同的DNA鏈進行化學(xué)修飾，每個DNA都設(shè)計成向細胞顯示不同的信號。為了激活信號，將含有與肽偶聯(lián)的互補DNA鏈的可溶性分子加入到材料中以產(chǎn)生顯示該信號的DNA雙螺旋。通過加入幾滴DNA-肽綴合物并給予綠光以產(chǎn)生更多的干細胞。向材料提供動態(tài)智能的方法是將表面暴露于可溶性單鏈DNA分子，其設(shè)計為“抓住”雙鏈體的含信號鏈并形成新的DNA雙螺旋。這種新型雙鏈不再附著在材料表面上從而被洗去，以此關(guān)閉生物信號。要重新開啟信號，所需要的只是引入一個新的單鏈DNA拷貝，該信號會重新連接到材料的表面。

Stupp說：“人們希望使用利用自己身體的干細胞再生組織的細胞療法。原則上來說這是可能的，但是需要一個有效的擴散和分化細胞的程序。我們的技術(shù)就是這樣做的。”

雖然這個過程目前只在體外進行，然后移植細胞，Stupp說，將來可能會在體內(nèi)執(zhí)行這個過程。將干細胞植入臨床中，將其封裝在該研究中描述的該類材料中，再通過注射在特定的位置發(fā)揮作用。然后將可溶性分子給予患者以操縱移植細胞的增殖和分化。