Nat. Mater.：双功能可注射血管生成生物材料用于中风脑组织修复

【引言】

中风是导致大脑损伤的重要原因，而且血管生成和神经元生长受到严重限制，导致大脑受损组织再生的能力有限。中风后，炎症和免疫反应则会进一步在正常脑组织中产生中风腔。目前，治疗性的血管生成材料已经用于在损伤脑组织处形成血管网络来修复缺血组织。 然而，治疗性血管生成材料能否实现脑组织再生并促进神经修复却研究甚少。

【成果简介】

近日，美国加州大学洛杉矶分校的S. Thomas Carmichael教授课题组与美国杜克大学Tatiana Segura教授合作，将负载有血管内皮生长因子的水凝胶注射到中风腔内，从而诱导形成了血管和神经元，并且沿着血管生成了轴突网络结构。研究发现，这些轴突网络能够促使中风受损脑组织的修复。该成果以题为" Dual-function injectable angiogenic biomaterial for the repair of brain tissue following stroke "发表在Nature Materials上。

【图文导读】

图1中风后血管生成反应和血管重塑

(a) DAPI染色的Glut-1血管荧光图片；

(b) BrdU染色的Glut-1血管荧光图片；

(c) PDGFR-β染色的Glut-1血管荧光图片；

(d) 在梗塞处和梗塞周围区域血管密度的定量统计；

(e) 在梗塞处和梗塞周围区域血管生成。

图2 中风后长期血管生长

(a) 凝胶移植16周后中风位置血管的荧光图片；

(b) 中风位置和周围区域血管密度的定量统计；

(c) 血管形貌的定量统计；

(d) 血管支化生产的定量统计。

图3 中风后神经产生和轴突发芽

(a) 凝胶移植后成神经细胞（Dcx）和增殖标记物BrdU的荧光图片；

(b) 凝胶移植2周后中风位置和周围区域的轴索神经丝荧光图片；

(c) 同侧脑室中成神经细胞和增殖成神经细胞的定量统计；

(d) 迁移的成神经细胞数及其迁移距离的定量统计；

(e) 中风位置和周围区域轴突区的定量统计；

(f) 中风位置渗透距离和穿透角度的定量统计；

(g) 凝胶移植16周后中风位置和周围区域的轴索神经丝荧光图片；

(h) 凝胶注射16周后中风位置轴突区的定量统计；

(i) 凝胶注射16周后中风位置周围区域轴突区的定量统计

(j) 凝胶注射16周后渗透距离的定量统计；

(k) 凝胶注射16周后轴突穿透角的定量统计。

图4 病变部位血管与轴索网络之间的关联

(a) 凝胶移植16周后中风位置和周围区域血管和轴索神经丝的荧光图片；

(b) 通过统计血管上NF-200阳性信号来定量评估两个网络之间的接近度；

(c) 通过统计血管50微米距离处NF-200阳性区域来定量评估两个网络之间的接近度；

(d) 凝胶移植16周后在同侧半球注射凝胶和hcV的小鼠中梗塞周围星形细胞瘢痕和BDA追踪神经元的荧光图片；

(e) hcV处理的小鼠经凝胶移植16周后在中风位置星形胶质细胞用血管和平滑肌细胞共染色的图片；

(f) hcV处理的小鼠经凝胶移植16周后在中风位置星形胶质细胞用星形胶质细胞终末足染色的荧光图片。

图5 中风后神经恢复

(a) 行为测试的实验时间线；

(b) 气缸、网格和面食测试；

(c) 凝胶注射后10天并给药后气缸、网格和面食测试；

(d) 确定凝胶和 hcV诱导的轴突生长对神经恢复的影响实验。

图6 中风2周后在hcV治疗中裸肝素颗粒的作用

(a) 中风2周后中风位置和周围区域血管、星形细胞瘢痕、小胶质细胞和轴突神经丝的荧光图片；

(b) 梗塞和梗塞周围区域的血管面积的定量评估；

(c) 梗塞和梗塞周围区域的小胶质细胞面积的定量评估；

(d) 梗塞和梗塞周围区域的轴突区面积的定量评估；

(e) 梗塞和梗塞周围区域的轴突浸润距离和星形细胞疤痕的定量评估。

【小结】

本文报道了与传统血管内皮生长因子在大脑中递送不同的研究，发现水凝胶中血管内皮生长因子以聚集纳米颗粒存在，能够促进血管化发育，此外水凝胶还促进血管向内生长进入梗塞腔并产生轴突网络。因而，可以实现协同的血管和轴突生产的神经组织修复过程。可见，利用生物材料方法能够在已经死亡的组织内产生再生神经元连接的血管化网络，并且为使用血管生成材料修复其他神经病变组织奠定了基础。

文献链接：Dual-function injectable angiogenic biomaterial for the repair of brain tissue following stroke (Nat. Mater. 2018, DOI: 10.1038/s41563-018-0083-8)