结构启发的谱系特异性基质促进脊髓损伤内源性神经发生

针对脊髓损伤(SCI)后神经元再生不足的难题，研究人员开发了一种核心-壳结构的谱系特异性基质(DSC+GH+bFGF)，通过3D打印和静电吸附技术整合脱细胞脊髓基质(DSC)与缓释bFGF的水凝胶壳。该基质保留了DSC的天然拓扑结构，同时增强机械性能和生长因子递送，显著促进内源性神经干细胞(NSCs)向神经元谱系分化(11倍增长)，并通过激活ITGA2/ITGA11–ERK/AKT信号轴和诱导M2型小胶质细胞极化改善损伤微环境。该研究为脊髓修复提供了兼具结构仿生与生化调控的新型治疗策略。

　　

脊髓损伤是神经系统最严重的创伤之一，常导致患者永久性感觉运动功能障碍。尽管内源性神经干细胞(NSCs)在损伤区能被激活，但约95%会分化为胶质细胞而非神经元，这种"错误分化"成为功能重建的主要障碍。传统脱细胞脊髓基质(DSC)虽保留天然细胞外基质(ECM)的三维结构和生化成分，但其机械强度不足易致植入后塌陷，且生长因子匮乏限制其促神经再生效果。如何构建兼具结构稳定性和神经诱导性的生物支架，成为脊髓修复领域的关键挑战。

陆军军医大学的研究团队在《Research》发表创新成果，开发出"核心-壳"结构的谱系特异性基质。该研究通过3D打印技术构建负载碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)的明胶-甲基丙烯酰化/肝素-甲基丙烯酰化(GH)水凝胶壳，包裹冻干DSC形成复合支架。实验证实该基质不仅保留DSC促进神经元分化的拓扑结构(54%神经元分化率)，还通过缓释bFGF使新生神经元数量提升11倍。机制研究发现其通过ITGA2/ITGA11整合素激活ERK/AKT信号通路，同时诱导M2型小胶质细胞极化，显著减少空洞和瘢痕形成。动物实验显示植入8周后大鼠运动功能(BBB评分)和电生理信号(mMEP振幅)显著改善，为临床转化提供新思路。

关键技术包括：(1)物理-化学联合法脱细胞制备保留层粘连蛋白的DSC支架；(2)3D打印构建GH水凝胶壳实现bFGF缓释；(3)冷冻电镜表征基质微观结构；(4)蛋白质组学分析DSC成分变化；(5)EdU标记追踪体内细胞增殖；(6)转录组测序解析ITGA2/ITGA11-ERK/AKT机制；(7)免疫荧光双标检测M2型小胶质细胞(CD206+Iba1)。

基质制备与表征

通过冻融循环和化学提取法制备的DSC支架完全去除了核物质(DAPI阴性)，保留层粘连蛋白网络而减少抑制性CSPG。蛋白质组学显示胶原、纤连蛋白等促再生成分增加，与天然脊髓组织形成显著差异(PCA分析)。3D打印的GH水凝胶壳(G₅H_0.5)具有最佳孔隙率(27.77%增殖率)和28天缓释特性。

神经源性微环境构建

体外实验显示DSC区域形成多层"组织样"神经球，神经元分化率达62.59%，显著高于单纯水凝胶组(4.73%)。蛋白质组热图证实DSC保留神经发生相关蛋白(如Pik3cg、Ngfr)，为神经分化提供生化基础。

体内结构维持与降解

MRI显示水凝胶壳在前2周保持环形结构，第3周开始降解。压缩模量测试(0.0127±0.0014 MPa)证实其力学性能接近天然脊髓组织(0.0141±0.0053 MPa)，有效防止DSC塌陷。

内源性神经发生促进

植入8周后，基质组损伤区Tuj1⁺神经元比例最高，且出现尾侧神经元信号。EdU标记显示新生神经元数量是DSC组的12.9倍，其中46%新生细胞为神经元谱系。

免疫微环境调控

CD206+Iba1双标显示M2型小胶质细胞数量较SCI组增加，蛋白质组分析发现DSC显著下调胶质生成通路(GSEA)，创建有利于神经再生的微环境。

功能恢复验证

行为学显示基质组大鼠实现负重行走(BBB评分提升)，步态分析显示掌部承重。电生理检测到mMEP振幅显著增强，证实神经信号传导改善。

该研究创新性地将结构仿生与生化调控相结合，证实拓扑线索(DSC)与生化线索(bFGF)的协同作用能突破脊髓再生瓶颈。通过ITGA2/ITGA11-ERK/AKT轴的双重激活，不仅促进神经发生还调控免疫反应，为复杂神经系统损伤修复提供多靶点干预策略。未来通过GMP标准化生产和大动物实验验证，这种"结构启发"的设计理念或可拓展至其他组织工程领域。