超分子纳米结构模拟GDNF营养效应促进人多巴胺神经元体外功能成熟的研究

本研究针对帕金森病(PD)细胞治疗中移植神经元存活率低的难题，开发了一种含有胶质细胞源性神经营养因子(GDNF)模拟肽的自组装超分子纳米结构。通过构建ILKNLSRSR肽修饰的肽两亲体(PA)纳米纤维支架，研究人员在体外成功模拟了GDNF对iPSC来源人多巴胺神经元的关键营养作用，包括增强细胞存活、促进神经突生长、提高电生理成熟度及神经保护效应。该生物活性支架为改善PD细胞治疗预后提供了创新性材料平台。

　　

帕金森病作为第二大神经退行性疾病，其病理特征是中脑黑质多巴胺能神经元的进行性丧失。虽然细胞替代疗法为晚期患者带来了希望，但临床试验显示移植神经元存活率不足15%，这成为制约疗效的关键瓶颈。胶质细胞源性神经营养因子(GDNF)虽能促进多巴胺神经元存活，但其临床应用存在扩散受限、疗效不稳定等问题，亟需开发新型生物材料模拟GDNF的神经保护作用。

美国西北大学Simpson Querrey研究所的研究团队创新性地设计了一种超分子纳米结构，通过将GDNF功能域模拟肽(ILKNLSRSR)整合到自组装肽两亲体(PA)纳米纤维中，构建出具有三维支架功能的生物活性材料。研究发现该纳米结构能有效激活多巴胺神经元的关键信号通路，显著提升细胞存活和功能成熟度，相关成果发表在《npj Regenerative Medicine》上。

研究采用的主要技术包括：1)固相合成法构建GDNF模拟肽修饰的PA分子；2)低温透射电镜(Cryo-TEM)和原子力显微镜(AFM)表征纳米结构形貌；3)人iPSC来源多巴胺神经元培养模型评估生物活性；4)Western blot分析RET/ERK信号通路激活；5)多光子显微镜三维重建神经元形态；6)膜片钳记录电生理特性；7)RNA测序分析基因表达谱；8)人胚胎干细胞(hESC)来源中脑类器官(hMLO)模型验证促轴突生长效应。

研究结果部分：

"设计表征GDNF模拟肽两亲体纳米结构"：通过共组装策略构建了含15%体积比GDNF PA的纳米带结构，其机械性能(6.9±1.2 kPa)与人脑组织相匹配。扫描电镜显示神经元在GDNF PA涂层上呈现更伸展的形态。

"GDNF PA对hiPSC来源多巴胺神经元的生物学效应"：15% GDNF PA使细胞存活率提升至60.47±4.42%，与100 ng/ml GDNF蛋白效果相当。TH⁺神经突长度达382.9±2.8μm，Sholl分析显示分支复杂度显著增加。Western blot证实其通过RET受体激活下游ERK1/2通路。

"转录组特征与电生理成熟"：RNA测序发现GDNF PA上调SULT1B1、PGR等神经保护基因，SynGO分析显示突触后特化相关基因显著富集。膜片钳记录显示GDNF PA组67%神经元呈现自发放电(6.6 Hz)，显著高于对照组。

"三维培养中的神经保护效应"：在500μm厚支架中，GDNF PA使TH⁺/MAP2⁺神经元密度提高2倍，神经突体积增加45%。突触素(Syn)和PSD95阳性 puncta分别增加67%和89%，表明突触形成增强。

"类器官模型验证"：80天hMLO在GDNF PA中轴突延伸达311μm，投射数量增加7.5倍，证实其促神经生长效应。

"抗6-OHDA神经毒性"：GDNF PA使TH蛋白表达维持在80.56±3.70 a.u.，凋亡标志物caspase-3共定位减少20%，三维培养中荧光信号体积提升105%。

这项研究开创性地证明，通过精确设计超分子纳米结构表面展示的GDNF模拟肽，可在不依赖重组蛋白的情况下实现多巴胺神经元的有效保护和功能调控。该技术解决了GDNF临床应用中的扩散限制和稳定性问题，其模块化设计允许进一步优化机械性能和生物活性，为帕金森病的细胞治疗提供了可植入的生物活性支架平台。特别是三维培养体系与类器官模型的成功验证，标志着该技术向临床转化迈出了重要一步，未来有望与干细胞移植联用，显著提升治疗效价。