2018年4月5日，中山大學孫逸仙紀念醫(yī)院沈君課題組在材料科學領(lǐng)域的國際頂級期刊《先進功能材料》(Advanced Functional Materials，JCR一區(qū)的期刊，影響因子12.124)發(fā)表了的在腦梗死干細胞治療中對神經(jīng)干細胞進行定性分化調(diào)控和可視化示蹤的研究論文。該論文因創(chuàng)新性強而被期刊選為當期的卷首文章(frontispieces)發(fā)表。這個研究通過沉默NgR基因和非侵入性遷移監(jiān)測，揭示了超順磁性氧化鐵納米粒子和小干擾RNA可以共同遞送到神經(jīng)干細胞中，從而調(diào)控干細胞定向分化能力，為提高神經(jīng)干細胞治療腦梗死效果提供了新方法，為推動神經(jīng)干細胞治療腦梗死盡快進入臨床提供了科學依據(jù)。

腦梗死是危害人類健康的重大疾病，是導(dǎo)致人類致殘的首要原因，其治療一直是臨床難題。腦梗死是由血栓堵塞腦供血動脈，導(dǎo)致局部腦組織血液供應(yīng)障礙，造成腦組織缺血缺氧性病變壞死，神經(jīng)元及神經(jīng)膠質(zhì)細胞死亡，進而產(chǎn)生相應(yīng)的神經(jīng)功能障礙，嚴重的可以直接導(dǎo)致死亡?，F(xiàn)在認為，溶栓是治療腦梗死迅速有效的最佳選擇，且最為有效的治療是在發(fā)病早期。美國國家神經(jīng)疾病與中風研究所(National Institute of Neurological Diseases and Stroke，NINDS)以及歐洲協(xié)作急性卒中研究(European Collaborative Acute Stroke Study，ECASS)等臨床研究結(jié)果都證明了腦梗死發(fā)生后3小時內(nèi)使用阿替普酶(組織纖溶酶原激活劑t-PA)靜脈注射溶栓安全有效。然而，溶栓治療需要在梗死后3小時內(nèi)進行，超過3小時，腦梗死治療效果差，還具有導(dǎo)致腦梗死區(qū)出血的風險。但是，不管在國內(nèi)或國外，大約只有1/3的病人能在腦梗死后3小時時間窗內(nèi)到達醫(yī)院，即使在3小時的時間窗內(nèi)到達醫(yī)院的急性腦梗死患者，也僅有少數(shù)能得到及時的溶栓治療。急性期過后，腦梗死治療主要是采用一些腦保護藥物，而在慢性期，主要依靠康復(fù)、針刺等治療來進行殘疾肢體功能的恢復(fù)，這些治療方法的效果非常有限。目前，我國腦梗死患者70%～80%因為殘疾而不能獨立生活，需要長期照護，給社會、家庭帶來沉重的負擔。

沈君主任表示，神經(jīng)干細胞移植是治療腦梗死的一種新模式，不受時間窗的限制。然而，問題在于，神經(jīng)干細胞移植后在梗死的腦組織內(nèi)并不像人們期望的分化成為神經(jīng)元，起到替代死亡神經(jīng)元的作用。沈君課題組發(fā)現(xiàn)，在動物模型中，神經(jīng)干細胞移植治療腦梗死效果好，并且，初步的臨床試驗表明，神經(jīng)干細胞治療安全，但治療效果并不如動物試驗中那么明顯。因此，該課題組通過利用“神經(jīng)干細胞可以自我增殖更新，也可以分化成神經(jīng)元與膠質(zhì)細胞，將神經(jīng)干細胞移植到腦梗死區(qū)，通過神經(jīng)干細胞的增殖及分化，形成新的神經(jīng)元，直接替代腦梗死區(qū)的神經(jīng)元，重建神經(jīng)環(huán)路，從而修復(fù)腦梗死造成的神經(jīng)功能障礙”這一原理開始進入研究，并就“如何能在腦梗死干細胞移植中，促進神經(jīng)干細胞分化為神經(jīng)元以取代受損或死亡的神經(jīng)細胞”給出了回答。

腦梗死發(fā)生后，壞死的腦組織釋放出大量的髓鞘相關(guān)糖蛋白、Nogo-A、少突膠質(zhì)細胞-髓鞘糖蛋白，這些又稱為髓鞘相關(guān)抑制因子，它們通過共同的受體，Nogo-66受體(NgR)，對神經(jīng)干細胞發(fā)揮作用，抑制了神經(jīng)干細胞分化為神經(jīng)元。針對神經(jīng)干細胞治療腦梗死中的定向分化為神經(jīng)元困難的關(guān)鍵科學問題，沈君課題組利用納米材料PEI (聚乙烯亞胺)及PDLLA (聚D,L-丙交酯)研制了一種中央為空腔，外層為一層膜的囊泡，類似一個個非常微小的乒乓球一樣，在乒乓球的空腔里面裝上顯像劑(超順磁性氧化鐵納米粒子)，這些粒子像一個個小吸鐵石，在磁共振成像機器內(nèi)能發(fā)出信號，使得神經(jīng)干細胞能被直接看到，在乒乓球的殼上面連上小干擾RNA，這些小干擾RNA針對性抑制NgR受體基因。

這些乒乓球大小只有約200 nm，它們的表面還帶有正電荷，神經(jīng)干細胞能夠在5 h內(nèi)就高效地將這些乒乓球吞進去，利用這一巧妙設(shè)計，顯像劑及小干擾 RNA被同步被輸送到神經(jīng)干細胞內(nèi)，進入細胞內(nèi)的小干擾 RNA就可以沉默NgR基因，促進神經(jīng)干細胞分化為神經(jīng)元，而且顯像劑能夠使得神經(jīng)干細胞在移植到腦梗死后的位置、分布及遷移能被實時觀察到。

沈君課題組運用磁共振成像進行實時精準地追蹤，保證干細胞準確輸送到梗死區(qū)，同時還能在動物活著的情況下直接看到神經(jīng)干細胞的分布及移動情況。通過小干擾RNA沉默了神經(jīng)干細胞的NgR基因，抑制NgR表達。測試結(jié)果顯示：經(jīng)過這種乒乓球樣囊泡處理后，在培養(yǎng)皿里面，神經(jīng)干細胞分化為神經(jīng)元的比例可由3%左右提高到37%左右，提升12倍；將經(jīng)過囊泡處理過的神經(jīng)干細胞直接移植到腦梗死里面后，在動物腦梗死復(fù)雜環(huán)境下，神經(jīng)干細胞分化為神經(jīng)元的比例也可由4%左右提高到27%左右，提升6倍左右。而且，移植經(jīng)過處理的神經(jīng)干細胞的動物，它的四肢運動及感覺功能障礙比移植未經(jīng)處理的神經(jīng)干細胞恢復(fù)得更好。

中山大學孫逸仙紀念醫(yī)院沈君主任介紹說，本次研制的用于神經(jīng)干細胞定向分化調(diào)控的新型囊泡，不但具有高效的調(diào)控神經(jīng)干細胞向神經(jīng)元分化的作用，而且還同步實現(xiàn)了對神經(jīng)干細胞移植后的位置及分布磁共振成像實時、動態(tài)的追蹤，以保障神經(jīng)干細胞精準輸送到腦梗死區(qū)，且對神經(jīng)干細胞移植的安全性進行監(jiān)測。同時，這種集示蹤與功能調(diào)控于一體的納米材料，在腦梗死再生醫(yī)學中具有巨大的應(yīng)用前景。