修复严重创伤性脑损伤的新希望:助康复“脑胶”

【字体: 时间:2021年04月08日 来源:Science Advances

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  在一项新的研究中,研究人员证明了一种“脑胶”水凝胶对治疗创伤性脑损伤具有长期益处。这种凝胶可以防止严重损伤后脑组织的丢失,并可能有助于功能性神经修复。

  

 

   

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图片:Lohitash Karumbaiah在他的实验室工作。

资料来源:乔治亚大学

根据美国疾病控制与预防中心(Centers for Disease Control and Prevention)的数据,目前美国约有530万人因创伤性脑损伤而患有永久性残疾,每年的费用为380亿美元。创伤性脑损伤的身体、精神和经济代价可能是巨大的,乔治亚大学的新研究提供了希望。

在一项新的研究中,乔治亚大学再生生物科学中心的研究人员证明了一种水凝胶的长期效益,他们称之为“脑胶”,用于治疗创伤性脑损伤。这项新研究提供的证据表明,这种凝胶不仅可以防止严重损伤后脑组织的丢失,而且还可能有助于功能性神经修复。

严重创伤性脑损伤通常导致广泛的组织损失和长期残疾。目前还没有临床治疗方法来预防由此导致的认知障碍或组织丢失。

3月5日发表在《科学进展》(Sciences Advances)杂志上的一篇报道称,这项新发现首次提供了视觉和功能上的证据,证明大脑植入脑胶的动物在严重创伤性脑损伤(TBI)后,参与伸手抓握运动的脑神经回路的修复。

乔治亚大学农业与环境科学学院副教授、首席研究员Lohitash Karumbaiah说:“我们的工作提供了一个全面的视角,让我们了解在动物完成特定的伸手抓物任务时,受损区域的恢复情况。”

脑胶是由Karumbaiah于2017年发明的,旨在模拟支持脑细胞的糖网的结构和功能。这种凝胶含有与碱性成纤维细胞生长因子和脑源性神经营养因子结合的关键结构,这两种保护性蛋白因子可以增强严重创伤性脑损伤后脑细胞的生存和再生。

在之前的短期研究中,Karumbaiah和他的团队表明,脑胶能显著保护脑组织免受严重的创伤性脑损伤。在这项新的研究中,为了利用原细胞的神经保护能力,他们进一步设计了保护因子的传递表面,以帮助加速脑细胞的再生和功能活动。10周后,结果很明显。

Karumbaiah说:“被植入脑胶的动物实验对象实际上显示出严重受损的大脑组织得到了修复。与没有这些材料的实验对象相比,这些动物的恢复时间也更快。”

为了测量这种胶的有效性,该团队使用了一种组织清除方法,使脑组织变得光学透明,这使得他们可以通过3D成像技术直观地捕捉到触手可及回路中细胞的即时反应。

Karumbaiah说:“因为这种组织清除方法,我们能够对脑胶支持的复杂电路和恢复过程有更深入的了解。使用这些方法和传统的电生理记录,我们能够验证脑胶支持病变腔内功能性神经元的再生。”

Karumbaiah指出,RTG回路在大鼠和人类的进化过程中是相似的。他说:“在鼠身上对这个回路的调节可以帮助加速人脑胶在临床中的转化。”

Karumbaiah已经申请了脑胶的专利。他还与乔治亚大学复杂碳水化合物研究中心分析服务技术总监Parastoo Azadi和国家科学基金会资助的2300万美元的材料创新平台GlycoMIP合作,该平台旨在通过研究和教育推进糖材料领域。

合作研究工作为五名乔治亚大学RBC的大学生提供了一个体验学习的机会,并发表了他们的第一篇论文。Rameen Forghani是一位有抱负的医学博士M.D.,这是他Ph.D在读期间的第一篇发表论文。

Forghani说,大学生团队“学会了如何在这个项目上进行合作”,以及将实验室研究转移到需要治疗的患者身上的影响。

Forghani说:“我和我的同学们被授权拥有这个项目的一部分,从数据分析的计划阶段到写作和发表。作为一个有抱负的、早期职业生涯的医学科学家,从事一个具有转化影响并直接解决非常相关的临床问题的项目,对我来说非常激动。”

Karumbaiah实验室的研究科学家兼该研究的第一作者Charles Latchoumane在乔治亚大学和瑞士洛桑NeurRestore两边工作,后者是一个旨在恢复帕金森病或头部受伤或中风后神经系统疾病患者的神经功能丧失的研究中心。

“这项研究已经进行了4到5年,”Latchoumane说。“我们的合作研究记录得如此详尽,以至于在你读过它之后,你不得不相信,严重脑损伤的受害者有了新希望。”

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