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中科院专家在脊髓损伤修复研究中获进展

 

本报北京3月23日讯(记者丁佳)记者今天从中科院获悉,该院遗传与发育生物学研究所戴建武研究团队先后在3家临床医院进行了5例脊髓损伤修复手术。术中首次开展了神经再生胶原支架复合干细胞移植修复脊髓损伤的临床研究,首次探索了在术中电生理检测条件下清除脊髓瘢痕组织,手术过程顺利。

近日,4周安全性评估结果显示,5名患者未见与神经再生胶原支架、干细胞移植以及手术清除瘢痕相关的不良反应,包括感染、急性排斥反应、伤口愈合不良、神经功能明显恶化等不良反应。评估结果认为,手术方案可行,安全性良好。

据戴建武介绍,脊髓损伤临床研究4周的安全评估结果表明,神经再生胶原支架结合间充质干细胞治疗脊髓损伤的临床研究在两个方面取得了重要进展。首先,脊髓损伤后形成的胶质瘢痕是阻碍脊髓神经再生的物理障碍。本研究首次探索了采用电生理等手段区分神经组织和瘢痕组织,并实施了对瘢痕组织的手术清除。手术的成功意味着脊髓神经再生的物理障碍可以被手术清除。其次,研究首次进行了神经再生胶原支架的移植并初步证明是安全的,这在脊髓损伤后形成的空洞及瘢痕去除后的缺损让搭起了引导神经再生的桥梁。胶原神经再生支架的成功移植为利于干细胞发挥作用及未来重建脊髓神经再生的微环境建立了基础。

在8周安全评估无明显副作用前提下,拟在4月初完成安全评估报告后即开展第二阶段的临床研究。预计筛选临床研究患者20~30例,术后进行系统康复训练、心理干预和营养调节,通过1年左右的临床观察,对疗效进行初步评估。

《中国科学报》 (2015-03-24 第1版 要闻)

日期:2015年3月24日 - 来自[待分类信息]栏目

脊髓中“迷你大脑”控制平衡


 

本报讯 尽管在打滑的停车场或岩石小道上行进需要全神贯注,但研究最终证实大多数平衡行为可能是一种潜意识的反应。

大脑或许负责小心迈出你的脚步并策划行程,但保持直立的姿势是由脊髓中的一群神经元来控制的。Gizmag网站报道称,尤其是这种“迷你大脑”能分析轻轻碰触产生的感觉。

在小鼠身上进行的试验显示,当这种神经组织失去作用时,这些动物只能原地保持平衡,直到科学家迫使它们跨过一段衡量。该研究团队推测,小鼠脚步感觉的丧失使其在地势变得危险时很难维持平衡。(徐徐)

《中国科学报》 (2015-02-09 第2版 国际)
 

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《科学》相关报道(英文)

日期:2015年2月9日 - 来自[技术要闻]栏目

神经科学家发现“迷你大脑” 可保持身体平衡


脊髓里的一群神经元是防止身体滑到或摔倒的关键

据科学日报报道,冬天在冰冷的停车场走过且保持直立需要高度集中。但一项最新研究表明当面临这样的挑战时,我们身体试图保持平衡的行为其实是无意识的,而这多亏了脊髓里的一群神经元,后者作为“迷你大脑”能够集合感官信息并对肌肉进行必要的调节以防止身体滑到或摔倒。

在发表在2015年1月29日的期刊《细胞》上的一篇文章里,美国加州萨克生物研究学院的科学家们描绘了处理轻微触感的脊髓神经元回路。这个回路使得身体可以条件反射地利用脚部的轻触传感器对脚站立的位置和平衡进行微小调整。这项以老鼠为实验对象的研究提供了脊髓作为集合大脑的运动指令和四肢的感官信息的控制中心的第一份细节蓝图。对这些回路的更好理解将最终辅助研发治疗影响运动技巧和平衡的脊髓损伤和疾病的疗法,以及预防老年人摔倒的机制和方法。

“当我们站立和行走时,足底的触觉感受器会检测压力和运动的细微变化,这些感受器会向脊髓随后至大脑发送信号,” 文章高级作者、 萨克生物研究学院的马丁•古尔丁(Martyn Goulding)这样说道。“我们的研究打开了黑盒子,因为在此之前这些信号是如何在脊髓里加密和处理的一直是未知数。此外,触感信息是如何与其它感官信息结合以控制运动和姿势的仍不清楚。”

虽然大脑在大脑成就,例如哲学、数学以及艺术方面起着中心作用,而神经系统的主要作用就是利用从周围环境里收集的信息指导我们的运动。例如在结冰的停车站行走需要集合一系列感觉以防止摔倒。眼睛告诉我们究竟是在冰上还是潮湿的柏油路上走。人耳道里的平衡感受器保持我们的头部与地面平行。肌肉和关节的感受器则追踪手臂和大腿位置的改变。

每一毫秒都有大量信息流流入大脑,其中包括古尔丁研究小组鉴别的光触传输通道的信号。大脑处理这些数据的途径之一就是在感官站,例如眼睛和脊髓里对这些数据进行预处理。例如,在信息进入大脑的视觉中心之前,眼睛有一层神经元和光感受器可以进行视觉计算——这个过程被称为“编码”。至于触感,科学家们一致认为运动的神经学编导依赖于脊髓的数据分析回路。但在此之前,精确鉴别其中涉及的神经元类型以及绘制这些神经元是如何相互结合的是极其困难的。

在这项最新研究里,萨克生物研究学院的科学们揭开了这一微调的感官-运动控制系统之谜。利用依赖于转基因狂犬病毒的先进成像技术,他们追踪了携带了从足底感受器至脊髓连接处的信号的神经纤维。结果发现这些感官纤维会与另一组名为RORα 神经元在脊髓处结合,RORα 神经元是以每个细胞的细胞核内存在的特定分子门类型为名。RORα 神经元会与大脑运动区域的神经元相结合,这表明它可能是大脑和足部之间至关重要的连接。

当古尔丁的研究小组禁用了转基因老鼠脊髓里的RORα 神经元,他们发现这些老鼠对皮肤表面或者脚底绑上黏的胶带的运动的敏感性降低。即便如此,老鼠仍能够在平地上行走和站立。然而,当研究人员让老鼠在狭窄抬高的横梁上行走时——这一任务需要更多努力和技巧——老鼠明显心有余而力不足,相比其它拥有完整RORα 神经元的老鼠,它们显得笨手笨脚。科学家们将之归结于动物在感知足部即将摔倒以及对足部位置和平衡作出相应细微调整时能力的下降。这些运动技巧类似于人类在冰上或者滑的表面平衡时所需要的技巧。

RORα 神经元的另一个重要特征便是它们并不是从大脑和轻触感受器里接受信号,而是与控制运动的腹部脊髓直接相连。因此,它们位于脊髓“迷你大脑”的中心,后者集合了大脑的信号以及感官信号以确保四肢正确的移动。

“我们认为这些神经元是结合所有这些信息并发出让脚移动的指令的‘幕后推手’,”研究第一作者、古尔丁实验室的博士后研究员史蒂夫•布兰纳(Steeve Bourane)这样说道。“如果你站在光滑表面非常长的时间,你会注意到你的肌肉变得僵硬,但你可能没有意识到肌肉一直都在发力。你的身体正在自动驾驶,持续的做出细微的调整,使得你能够自由的完成其它更高难度的任务。”

研究小组的这项调查代表了致力于提供神经系统是如何编码和集成感官信息以产生有意识性和无意识性运动的精确和完整解释的新一波研究的开始。“大脑是如何创造感官感受并将它转化为行为的是神经科学的中心问题之一。” 古尔丁补充说道。“我们的研究提供了运动控制和身体如何感知周围环境背后的神经通道和过程的可靠观点。我们正处于这一领域彻底转变的开始,这真是令人既激动又兴奋。”

日期:2015年2月3日 - 来自[技术要闻]栏目

神经再生胶原支架结合间充质干细胞治疗脊髓损伤进入临床研究

脊髓损伤是严重影响人类生活的中枢神经系统损伤,也是世界性临床医学难题。近百年来临床专家尝试过多种治疗方法都以失败告终。再生医学为脊髓损伤的治疗带来了希望。

中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员戴建武领导的再生医学研究团队,通过十余年的努力研制了基于胶原蛋白的神经再生支架。神经再生胶原支架可以为脊髓神经再生提供桥梁,同时有利于重建细胞再生的微环境。在中国科学院“干细胞与再生医学研究”战略性先导科技专项支持下,戴建武团队与临床专家合作,首创了大鼠及比格犬的长距离脊髓全段缺损的损伤模型,系统研究了神经再生胶原支架及其功能化型式(如结合生长因子或者干细胞)引导神经再生以及损伤脊髓的功能恢复。研究结果表明神经再生胶原支架及其功能化型式可以有效地抑制脊髓损伤后胶质瘢痕的形成和促进神经的再生。在大动物比格犬的长期观察试验中发现,神经再生胶原支架及其功能化型式可以有效促进动物运动功能恢复包括站立及行走。这一世界领先的科研成果为脊髓损伤修复的临床研究奠定了科学基础。

为了积极推动脊髓损伤治疗的临床研究,戴建武团队2014年初与中国食品药品检定研究院医疗器械检定研究所合作制订了神经再生胶原支架的产品标准并开展型式检测。最近与临床医院合作制订临床研究方案,形成了以戴建武为首的脊髓损伤临床研究团队。除了技术人员外,该团队还包括临床专家、康复专家及心理咨询专家。目前第一批医院已经通过了伦理委员会批准并按国家临床研究管理办法向上级卫生主管部门备案。参加医院包括中国武警脑科医院(天津),苏州大学附属第一医院(苏州),解放军总医院第一附属医院(北京)。第一批计划入组病人5-6例,第一例病人已于1月16日在中国武警脑科医院完成手术。脊髓损伤病人移植结合间充质干细胞的神经再生胶原支架在国际上尚属于首次,临床研究第一阶段的目的是评估手术安全性并为完善手术方案打下基础。接下来将对病人进行系统康复训练和对疗效进行系统分析。

日期:2015年1月22日 - 来自[克隆与干细胞研究]栏目

为脊髓神经再生“搭桥”


  近百年来,脊髓损伤修复,一直是世界性临床医学难题。在中国,就有超过200万的脊髓损伤患者等待救治。如今,脊髓损伤修复难题在临床上有了新突破。中国科学院遗传与发育生物学研究所的再生医学研究团队,经10余年努力,研制了基于胶原蛋白的神经再生支架,结合间充质干细胞,能够引导脊髓再生。1月16日,该项目在中国武警脑科医院顺利完成了世界首例临床手术,目前情况良好。据介绍,第一批计划治疗病人6例,另5例病人将相继在苏州大学附属第一医院和解放军总医院第一附属医院开始手术,预计在1月底前完成。

  给脊髓损伤病人移植结合间充质干细胞的神经再生胶原支架,在世界尚属首次,它在攻克脊髓损伤修复这个医学难题上,取得了哪些重大突破,原理是什么?通过手术,病人能否康复?记者专访了脊髓损伤临床研究团队领导者、中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员戴建武。

  脊髓损伤修复是世界难题,再生医学带来希望

  作为中枢神经的重要组成部分,脊髓的主要功能是传送大脑与身体其他部位的感觉及运动信号。因此,脊髓损伤是中枢神经组织最严重的损伤之一,在交通事故、砸伤、摔伤、运动性损伤,以及地震、矿难等灾难中较为常见。   戴建武介绍,脊髓损伤及其继发的一系列病理生理反应,会致使患者渐进性的神经组织丢失,在损伤部位形成空洞或瘢痕,导致患者感觉运动功能的丧失。原发性脊髓损伤,还常常伴有并发症,如泌尿系统并发症、呼吸系统并发症等。

  脊髓损伤后,人的劳动能力几乎完全丧失。近百年来,临床专家尝试过多种治疗方法,都以失败告终。直到再生医学的兴起,才为脊髓损伤的治疗带来了希望。

  2014年初,戴建武团队与中国食品药品检定研究院医疗器械检定所合作制订了神经再生胶原支架的产品标准,并开展型式检测。目前第一批医院已经通过了伦理委员会批准,并按国家新的临床研究管理办法向上级卫生主管部门备案。

  “目前我们只开展了第一阶段工作,来评价手术的安全性。接下来,我们还将入组20到30名病人,进行临床治疗研究,除了对病人进行系统康复训练,我们还会对疗效进行系统分析。”戴建武说。

  把干细胞“种”在支架上,脊髓神经有了再生桥梁

  干细胞具有修复和再生功能,国外曾有把干细胞直接注入患者体内治疗脊髓损伤的手术案例,可惜都没有什么效果。这次手术同样利用干细胞来进行修复,与以往做法有何不同?

  “不同在于,我们这次采用的是神经再生胶原支架结合间充质干细胞来治疗脊髓损伤。也就是说,把间充质干细胞‘种’在胶原蛋白做成的支架材料上。”戴建武解释说,“把间充质干细胞移植到患者的脊髓损伤部位,在搭建脊髓神经再生桥梁的同时,也有利于重建再生的微环境。”

  选择把干细胞“种”在胶原蛋白支架上,研究团队有自己的考虑。

  首先,支架能起固定作用。由于细胞通过脑脊液和血液流通,单把干细胞放进去,它就会“跑”到全身各处,很难在受损部位发挥作用。支架能把干细胞限制在受损部位,并使其形成一定的浓度,从而引导组织再生。同时,支架还能起到桥梁作用。脊髓损伤坏死部位,一般会长出阻碍神经组织连接再生的瘢痕。这就得把瘢痕清掉,再把支架材料填入。这样一来,两端好的神经组织,就能通过支架“桥接”,支架上事先“种”好的干细胞,就能发挥作用,完成修复。

  之所以选择胶原蛋白做支架,是由于胶原蛋白是细胞外基质的主要成分,有很好的生物相容性和生物可降解性。此前,戴建武研究团队利用胶原生物材料,结合自体骨髓干细胞,修复不孕患者瘢痕化的子宫壁,成功引导子宫内膜再生,使不孕患者顺利怀孕。这次,他们又采取相同策略来修复脊髓损伤。

  在中科院“干细胞与再生医学研究”先导科技专项支持下,戴建武团队与临床专家首创了大鼠及比格犬的长距离脊髓全段缺损的损伤模型,系统研究了神经再生胶原支架及其功能化型式(如结合生长因子或者干细胞)引导神经再生以及脊髓损伤功能的恢复。

  “在大动物比格犬的长期观察试验中,神经再生胶原支架结合间充质干细胞,可以有效促进动物运动功能恢复,包括站立及行走。这一世界领先的科研成果,为脊髓损伤修复的临床研究,奠定了科学基础。”戴建武说。

  手术实现两大突破,效果还有提升的空间   随着首例手术顺利完成,手术的具体操作,也揭开了神秘面纱。

  戴建武介绍,手术第一步,是把坏死脊髓里的瘢痕清理掉。“由于瘢痕跟正常组织用肉眼没法分辨,我们在手术中采用特殊的电生理监测手段,探索辨别瘢痕并将其切除的方法。”随后,将支架材料先水化,再“种”上干细胞,然后要迅速精确地放在缺损的位置。放完后,缺损部位还会有空隙,这时再使用胶原制备的“胶水”填充整个空隙。

  这次手术选择的对象,脊髓损伤属于最严重的级别。为什么首次手术就敢选重症病人?

  戴建武表示,第一批临床手术需要评估手术的安全性——如果手术没什么障碍,病人术后没有大的副作用,就可以说是安全的。这就需要选择全横断、非急性期、完全没希望自发恢复的病人。重症病人都没问题,其他病人的手术,就更没问题。

  “首例手术的完成,实现了两大突破——第一,是把支架材料从动物实验,应用到了人的临床手术。第二,在手术过程中,成功清理掉了瘢痕。手术安全,就是重大进步。从第一例的情况来看,手术是安全的。”戴建武非常欣慰。

  重度脊髓损伤患者能否康复,是各界最关心的问题。戴建武表示,能否彻底康复不好说,“毕竟这是由很多因素决定,有个体差异,有心理差异等。当然我们会不断改进,因为支架材料已被证明是安全的,我们如今在支架上放的是间充质干细胞,将来可能放神经干细胞或神经生长因子,这样它的再生能力可能会提升,效果会更明显。我们也希望,能让更多患者尽快受益。”

  中科院遗传与发育生物学研究所研究员戴建武领导团队近日研制出基于胶原蛋白的神经再生支架,成功植入脊髓损伤病人体内,完成全球首例临床手术。戴建武向《中国科学报》记者表示,完成手术标志着这一治疗方法从动物实验进入到临床研究阶段获得重大进展。“结合间充质干细胞,神经胶原支架材料为脊髓损伤治疗提供了新希望。”他说。

  脊髓损伤是严重影响人类生活的中枢神经系统损伤,也是世界性临床医学难题。戴建武团队利用胶原生物材料结合自体骨髓干细胞修复不孕患者瘢痕化的子宫壁,成功引导子宫内膜再生,首批9例不孕受试患者已有3例婴儿顺利出生。在中科院“干细胞与再生医学研究”战略性科技先导专项支持下,戴建武团队与临床专家通过十余年合作,研制了基于胶原蛋白的神经再生支架,为脊髓神经再生提供桥梁,并利于重建再生的微环境。

  研究首创了大鼠及比格犬的长距离脊髓全段缺损损伤模型,表明神经再生胶原支架能有效地抑制脊髓损伤后胶质瘢痕形成,与间充质干细胞共同促进神经的再生,促进运动功能恢复包括站立及行走。这一世界领先的科研成果为脊髓损伤修复的临床研究奠定了科学基础。

  记者从中科院获悉,世界首例使用神经再生胶原支架结合间充质干细胞治疗脊髓损伤手术1月16日完成,这标志着世界最新的治疗脊髓损伤的方法,已从动物实验进入临床研究阶段。   脊髓损伤多见于交通事故、砸伤、摔伤、运动性损伤和地震、矿难等,是严重影响人类生活的中枢神经系统损伤,会导致瘫痪、甚至高位截瘫,属于世界性的临床医学难题。

  中科院遗传与发育生物学研究所戴建武研究员领导的再生医学研究团队,通过十余年的努力研制了基于胶原蛋白的神经再生支架,为脊髓神经再生提供桥梁和有利于重建再生的微环境。1月16日,戴建武团队与临床医学家合作,在中国武警脑科医院完成了世界第一例神经再生胶原支架结合间充质干细胞治疗脊髓损伤手术。

  戴建武说,胶原蛋白是细胞外基质的主要成分,具有很好的生物相容性,被认为是理想的组织损伤修复支架材料之一。“我们团队自2003年开始一直致力于组织再生胶原支架材料的研发,制备了适合脊髓损伤修复的神经再生胶原支架,它可与生长因子或间充质干细胞复合形成功能生物材料,并开展了移植促进大鼠和犬脊髓损伤修复的动物实验研究。”团队在对比格犬的长期观察试验中发现,神经再生胶原支架及其功能化型式可以有效促进动物运动功能恢复包括站立及行走。这一世界领先的科研成果为脊髓损伤修复的临床研究奠定了科学基础。

  据了解,手术的目的是评估其安全性并为进一步完善手术方案打基础,接下来会对病人进行系统康复训练和对疗效做系统分析。

日期:2015年1月19日 - 来自[技术要闻]栏目

脊髓受损患者福音:EPFL成功让瘫痪老鼠重新行走


历时三年多的研发瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)终于成功让瘫痪的老鼠重新行走。这种半机械式电子植入装置通过电脉冲和化学药品对脊髓的底部进行刺激,在同大脑进行连接之后在经过一段时间的训练之后可以控制肢体自由行走。科学家表示尽管实验已经成功让瘫痪的老鼠重新行走,但目前的技术还不适用于长类长期使用,不过随着研究的深入未来能够让那些有行走障碍的人重新走路奔跑。

半机械式电子植入装置名为“电子硬膜”(e-Dura),具备非常优秀的柔韧性,植入脊髓之后不会产生伤害或者发炎,目前老鼠在植入两个月之后依然没有任何异状。科研人员表示:“该项目的研发目的主要是帮助那些饱受神经创伤、尤其是因为脊髓受伤而瘫痪的患者,为他们提供新的希望。

日期:2015年1月13日 - 来自[技术要闻]栏目

遗传发育所在脊髓损伤修复研究中取得进展

  脊髓损伤修复一直是困扰医学界的一大难题,目前仍无有效的治疗方法。脊髓损伤后,内部微环境存在很多限制和阻碍神经再生的因素,如何营造一个良好的再生环境来正确引导残存神经元的正确延伸是一个重要的治疗策略。

  中国科学院遗传与发育生物学研究所戴建武课题组一直秉承科研为现实需求服务的理念,以具体的临床需求为导向,以世界级科研难题为目标,一直致力于推进脊髓损伤再生修复研究。在以前的系列研究中,成功研制了能引导神经正确生长的有序胶原蛋白生物材料(LOCS)并复合与有序材料特异结合的改造人神经营养因子(CBD-BDNF)。这种生物材料(LOCS+CBD-BDNF)具有智能再生引导功能,在大鼠脊髓横断损伤模型中能引导轴突有序再生来促进脊髓损伤的修复。在这种智能再生引导材料应用于临床试验前,他们以大型动物比格犬脊髓损伤模型来进一步验证智能再生引导生物材料的应用潜能。为进一步模拟临床病人的实际情况,他们采用了38周的超长观察期并采用多种辅助康复训练措施。实验结果表明其能有效引导比格犬脊髓损伤后神经有序再生和神经电位传导恢复,而且能极大地促进运动功能的恢复,让人惊奇的是一些狗能用瘫痪的后肢站立起来。这项研究成果为其临床应用进一步提供了理论支撑。

  该研究成果于12月4日在线发表在Biomaterials 上。戴建武课题组助理研究员韩素芳、副研究员王斌以及南京市鼓楼医院神经外科主治医师金伟为共同第一作者。该课题得到中国科学院“干细胞与再生医学”战略性科技先导专项、“863”项目和国家自然基金重点项目的资助。

日期:2014年12月19日 - 来自[技术要闻]栏目

英通过动物实验研发试验性药物有助于修复脊髓损伤

英国《自然》杂志4日报道说,动物实验显示,一种新药可使受伤脊柱中的脊髓神经细胞重新生长,并修复损伤,受试实验鼠的运动能力和小便控制能力都有所恢复。

脊柱受伤后,受损组织会分泌一种含糖蛋白质,这种蛋白质像黏稠的胶水一样存在于脊髓中,阻断大脑向身体持续传输的电信号,从而造成下肢瘫痪、大小便失禁等。

美国凯斯西保留地大学等机构研究人员报告说,他们研究发现,正是这些含糖蛋白质形成的“黏胶”困住了神经细胞的轴突部分,阻碍了细胞生长,使受损脊髓难以恢复。针对这种“黏胶”,研究人员开发出一种新药,防止受损脊髓内的含糖蛋白质相互黏连。把这种试验性药物注射到脊柱受伤的老鼠体内后,26只实验鼠中有21只出现了恢复迹象,运动能力和膀胱功能都有所好转。

研究人员说,受损脊髓恢复一直是医学界难题,在这方面目前尚无有效药物。根据这项研究成果,未来有望将这种注射药物和细胞移植、电刺激等疗法结合,达到更好的治疗效果。

不过也有专家指出,这种药物的作用还需要更多实验来证实,进入临床试验之前,有必要在大型动物中开展实验。

日期:2014年12月9日 - 来自[技术要闻]栏目
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