水凝膠 （hydrogel）顧名思義，其材料遇到「水」會「凝」結成「膠」狀物質，因此是一種通稱。它是一種極親水的 3D 結構，可在水中迅速膨脹並保有大量的水而不會溶解；它以水為基底，可用於將物質輸送到體內，並促進新細胞生長。可注射入人體的仿生水凝膠，在再生醫學中作為細胞遞送載體具有巨大的應用潛力。但由於缺乏已建立的血管網路，它們可能會遇到與缺氧相關的問題，包括細胞存活、分化和功能整合不良。
澳洲墨爾本大學（University of Melbourne）和澳洲國立大學（Australian National University）研究人員開發了一種新的混合水凝膠，協助臨床醫師將幹細胞安全地輸送到小鼠腦損傷的部位。
可注射水凝膠讓巨噬細胞「回神」，阻止腦部膠質母細胞瘤復發（基因線上國際版）水凝膠藉由滿足代謝需求，增加神經幹細胞移植組織的功能整合
這篇發表在《Nature Communications》上的文章，驗證突破了解決幹細胞研究人員自 1980 年代以來面臨的一個重大挑戰：保持幹細胞存活足夠長的時間，使其在被注入時能進化成新組織所需的細胞，以進入身體受損的部位。
該團隊發現，將一種在抹香鯨和馬的心肌中以高濃度存在的天然蛋白質：一種基於肌紅素（ myoglobin） 的合成蛋白質，添加到水凝膠中，可以提供持續的氧氣釋放，以確保幹細胞在傳遞過程並發育成修復腦組織所需的細胞類型。
鯨魚和其他深潛動物的肌肉組織中進化出高濃度的肌紅蛋白，因此它們可以在潛水時盡可能地慢慢吸入最多的氧氣。同樣地，人們認為馬匹也是有此高濃度的肌紅蛋白，因此牠們可以跑得更遠。
水凝膠提供在注入過程中幹細胞存活所需的養分和氧氣，並確保幹細胞進化成新組織以修復損傷所需的細胞類型。研究團隊設計了一種混合肌紅蛋白：胜肽水凝膠（peptide hydrogel），可以同時將幹細胞和氧氣輸送到大腦以支持植入組織生存，直到血管自然形成。研究人員認為，這一進展將有利於大腦和中樞神經系統以外的許多其他身體部位的幹細胞治療。
透過小鼠研究，在同樣使用水凝膠 28 天後的結果分析顯示，與不含肌紅蛋白的水凝膠相比，有使用的小鼠的健康大腦功能所需的新幹細胞的存活和生長顯著增強，即含有肌紅蛋白和幹細胞的水凝膠修復了受損的腦組織，並觀察到新組織可以與健康腦組織以類似的方式接受刺激，進而首次證明在水凝膠內輸送氧氣可以整合幹細胞的移植與長期生存。
突破性水凝膠的開發，有助於藥物運輸甚至器官移植
這項研究開發由墨爾本大學 David Nisbet 教授，和澳洲國立大學的 Colin Jackson 教授共同領導。 Nisbet 教授表示：「人類中風等受傷後，大腦與血液系統中會出現死亡靜寂區（dead area），因此在血液系統修復之前，我們需要臨時的血液供應來支持細胞存活，而本研究的專利水凝膠可以供應這個臨時的需求。」研究說明這種混合水凝膠可以調節祖細胞移植物內的細胞命運規則，進而顯著增加神經元分化。水凝膠中添加肌紅蛋白可導致移植細胞在宿主組織內產生更廣泛的神經支配，這對於確保功能性的突觸連接神經元替代策略非常重要。
Jackson 教授則表示：「藥物對治療中風，或帕金森氏症等療效甚微。目前也沒有可以逆轉這些疾病的治療方法。這種方法可能導致幹細胞衍生移植物的更大功能整合，用於治療影響中樞和周圍神經系統的神經損傷和疾病，並可能啟發許多革命性的醫學治療方法，包括細胞移植、基因和藥物輸送、3D 體外疾病模型和器官移植等。」
延伸閱讀：CAR-T 療法水凝膠！透過新藥物運輸技術有效助CAR-T 細胞攻擊實體腫瘤參考資料：
1. https://www.nature.com/articles/s41467-023-36133-8
2. https://www.unimelb.edu.au/newsroom/news/2023/february/new-hydrogel-stem-cell-treatment-repairs-injured-brain-tissue-in-mice
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