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创伤性脑损伤(Traumatic Brain Injury,TBI)常发生于生活中交通事故、暴力冲突以及自然灾害等,具有较高的死亡率和致残率。尽管目前医疗技术显著降低颅脑损伤的死亡率,但由于TBI的复杂性和异质性,病灶区域神经元发生不可逆性变性或凋亡导致患者长期存在运动和认知功能缺陷,严重影响患者健康和生活质量,长期强化康复训练的需要给个人家庭、国家经济带来沉重负担。神经修复和再生是颅脑损伤后亟待解决的问题。干细胞移植作为颅脑损伤治疗的全新手段,具有十分广阔的应用前景。神经干细胞具有自我更新,多向分化为神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞的潜能,为颅脑损伤提供美好的治疗前景。 目的: 探讨人胚胎干细胞诱导分化的神经前体细胞移植对颅脑损伤小鼠神经功能缺损的疗效及神经修复机制。 方法: 体外诱导转染DsRed基因的人胚胎干细胞分化为神经前体细胞(H1-DsRed-NPC),行荧光染色和Q-PCR基因鉴定干细胞身份。参照压缩损伤法建立具有稳定行为学表现的颅脑外伤模型。将健康成年雄性C57BL/6小鼠随机分为假手术组,TBI+hNPCs组.TBI+vehicle组,每组11只,造模后1天脑实质定位注射神经前体细胞(hNPC)或对照培养基。在术后0、1、3、7、14、28和35天采用转棒实验评估动物运动能力;第28-33天行水迷宫测试动物学习和记忆能力;移植后采用双光子Ca2+成像及神经示踪法观察神经整合能力;术后35天行脑组织灌注取材,荧光染色观察hNPC移植后的存活、分化及迁移能力。 结果: 1.人胚胎干细胞体外诱导培养可分化产生大量神经前体细胞,荧光染色nestin阳性,Q-PCR检测高表达神经外胚层转录因子PAX6和SOX1及神经干细胞标记物Nestin的mRNA产物,不表达多能性标记物如OCT4和NANOG,流式细胞学检查高表达PAX6,确定为神经前体细胞。 2.颅脑损伤小鼠出现运动感觉障碍(P<0.05)和认知功能障碍(P<0.05),与vehicle移植组比较,hNPCs移植组的转棒时间增长,水迷宫中潜伏期减少,穿越平台次数增加,差异具有统计学意义(P<0.05)。Ca2+成像检测到外源性细胞产生钙活动,神经示踪观察外源性细胞与宿主形成突触连接。移植后5周取材,免疫组化检测到TBI+hNPCs组病灶体积减少,hNPC在TBI小鼠脑内持续存活,分化为DCX阳性和Tuj1阳性神经元,并可向病灶周围包括海马在内的区域迁移。 结论: 1.人胚胎干细胞可产生具有自我更新和三系分化能力的神经前体细胞,为干细胞移植提供良好的细胞来源。 2.人神经前体细胞移植后分化为功能性神经元,迁移到受损区域与宿主形成突触联系,整合进神经回路,替代宿主受损或丢失的神经元,实现功能重建,减轻颅脑损伤引起的运动和认知等神经功能缺损症状,为临床干细胞移植治疗颅脑损伤等疾病提供参考。