水凝胶 （hydrogel）顾名思义，其材料遇到“水”会“凝”结成“胶”状物质，因此是一种通称。它是一种极亲水的 3D 结构，可在水中迅速膨胀并保有大量的水而不会溶解；它以水为基底，可用于将物质输送到体内，并促进新细胞生长。可注射入人体的仿生水凝胶，在再生医学中作为细胞递送载体具有巨大的应用潜力。但由于缺乏已建立的血管网络，它们可能会遇到与缺氧相关的问题，包括细胞存活、分化和功能整合不良。
澳洲墨尔本大学（University of Melbourne）和澳洲国立大学（Australian National University）研究人员开发了一种新的混合水凝胶，协助临床医师将干细胞安全地输送到小鼠脑损伤的部位。
可注射水凝胶让巨噬细胞“回神”，阻止脑部胶质母细胞瘤复发（基因线上国际版）水凝胶借由满足代谢需求，增加神经干细胞移植组织的功能整合
这篇发表在《Nature Communications》上的文章，验证突破了解决干细胞研究人员自 1980 年代以来面临的一个重大挑战：保持干细胞存活足够长的时间，使其在被注入时能进化成新组织所需的细胞，以进入身体受损的部位。
该团队发现，将一种在抹香鲸和马的心肌中以高浓度存在的天然蛋白质：一种基于肌红素（ myoglobin） 的合成蛋白质，添加到水凝胶中，可以提供持续的氧气释放，以确保干细胞在传递过程并发育成修复脑组织所需的细胞类型。
鲸鱼和其他深潜动物的肌肉组织中进化出高浓度的肌红蛋白，因此它们可以在潜水时尽可能地慢慢吸入最多的氧气。同样地，人们认为马匹也是有此高浓度的肌红蛋白，因此牠们可以跑得更远。
水凝胶提供在注入过程中干细胞存活所需的养分和氧气，并确保干细胞进化成新组织以修复损伤所需的细胞类型。研究团队设计了一种混合肌红蛋白：胜肽水凝胶（peptide hydrogel），可以同时将干细胞和氧气输送到大脑以支持植入组织生存，直到血管自然形成。研究人员认为，这一进展将有利于大脑和中枢神经系统以外的许多其他身体部位的干细胞治疗。
透过小鼠研究，在同样使用水凝胶 28 天后的结果分析显示，与不含肌红蛋白的水凝胶相比，有使用的小鼠的健康大脑功能所需的新干细胞的存活和生长显著增强，即含有肌红蛋白和干细胞的水凝胶修复了受损的脑组织，并观察到新组织可以与健康脑组织以类似的方式接受刺激，进而首次证明在水凝胶内输送氧气可以整合干细胞的移植与长期生存。
突破性水凝胶的开发，有助于药物运输甚至器官移植
这项研究开发由墨尔本大学 David Nisbet 教授，和澳洲国立大学的 Colin Jackson 教授共同领导。 Nisbet 教授表示：“人类中风等受伤后，大脑与血液系统中会出现死亡静寂区（dead area），因此在血液系统修复之前，我们需要临时的血液供应来支持细胞存活，而本研究的专利水凝胶可以供应这个临时的需求。”研究说明这种混合水凝胶可以调节祖细胞移植物内的细胞命运规则，进而显著增加神经元分化。水凝胶中添加肌红蛋白可导致移植细胞在宿主组织内产生更广泛的神经支配，这对于确保功能性的突触连接神经元替代策略非常重要。
Jackson 教授则表示：“药物对治疗中风，或帕金森氏症等疗效甚微。目前也没有可以逆转这些疾病的治疗方法。这种方法可能导致干细胞衍生移植物的更大功能整合，用于治疗影响中枢和周围神经系统的神经损伤和疾病，并可能启发许多革命性的医学治疗方法，包括细胞移植、基因和药物输送、3D 体外疾病模型和器官移植等。”
延伸阅读：CAR-T 疗法水凝胶！透过新药物运输技术有效助CAR-T 细胞攻击实体肿瘤参考资料：
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
©www.geneonline.news. All rights reserved. 基因线上版权所有 未经授权不得转载。合作请联系：service@geneonlineasia.com
