用 N1-PA 纳米纤维处理的神经元比对照神经元表现出更多的神经突生长。图片来源：Stupp 实验室

根据美国化学学会纳米杂志发表的最新研究成果，西北医学科学家开发出一种能够增强神经元电活动和生长的分子“支架”，这可能有助于治疗脊髓损伤。

根据美国国家脊髓损伤统计中心的数据，美国每年诊断出 17,730 例新的脊髓损伤病例，估​​计有 291,000 人患有脊髓损伤

中枢神经系统损伤（包括脊髓损伤）通常会导致长期神经系统功能障碍，因为这些神经元的再生能力有限。本研究调查了增强再生过程的新方法，该研究的资深作者、材料科学与工程、化学、医学和生物医学工程董事会教授 Samuel Stupp 博士表示。

“目前，中枢神经系统再生的有效疗法基本上还没有，”Stupp 说道，他也是辛普森奎里生物纳米技术研究所 (SQI) 及其附属研究中心再生纳米医学中心的创始主任。“有一些使用干细胞和小分子药物的想法，但我们的方法非常不同。

“我们开发了纳米级纤维，这种纤维由数万个分子组成，能够向神经元和其他细胞发送信号，并且由完全安全的天然结构块构成。根据设计，水溶性纳米纤维在注射到需要再生的组织部位后会立即凝固成类似支架的结构。几周后，支架开始再生过程，然后分解为细胞的营养物质。”

先前的研究表明，某些蛋白质可以被引入脊髓损伤部位以促进愈合，但蛋白质的半衰期较短，阻碍其提供持久的效果。

在这项研究中，研究人员试图开发一种新型纳米纤维，模仿蛋白质 netrin-1 的生物活性，并能在很长一段时间内持续向神经元传递信号。众所周知，Netrin-1 能促进新的神经连接和生长，并可能有助于引导轴突（传递电信号的神经元长延伸部分）到达目标，从而使脊髓损伤后恢复行走能力。

首先，研究人员设计了一种肽两亲物，这是 Stupp 实验室用来制造生物活性纳米纤维的分子类型，它附着有模拟 netrin-1 的环状肽，可与特定细胞受体相互作用。研究表明，与蛋白质相比，模拟 netrin-1 的肽非常小，并且含有激活目标细胞受体以实现所需生物活性的关键氨基酸序列。

当研究人员将纳米纤维暴露于体外小鼠皮质神经元时，他们观察到电活动增强和神经突生长增多——这是神经再生的关键指标。研究表明，蛋白质分析证实纳米纤维激活了神经元 netrin-1 受体，并在较长时间内成功模拟了该蛋白质。

“我们发现，netrin-1 模拟肽两亲纳米纤维能够具有与 netrin-1 蛋白一样的生物活性，” Stupp 实验室生物医学工程博士候选人、论文第一作者 Cara Smith 说道。“它不仅能够促进神经突生长，还能影响神经元成熟并引导新突触或神经元之间通讯点的发育。”

Stupp 实验室已经完成了一项初步研究，评估纳米结构在活体动物中的治愈能力，并取得了一些有希望的早期成果，Stupp 说。

“这种纳米纤维为中枢神经系统再生的非常有效的治疗方法提供了前景，这种治疗方法使用起来非常安全，具有生物活性，非常有效，”Stupp 说。“它们在完成任务后还可以安全地生物降解。这种平台目前还不存在。”