神经修复

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  道格拉斯·史密斯拉伸神经细胞,以促进自愈植入体生长。
  
  在宾夕法尼亚大学的一个实验室里,一个塑料盘上盛放了两列黑色小颗粒,它们每对都由一些细薄的纤毛长丝连接。神经外科教授、宾夕法尼亚脑损伤与修复研究中心主任道格拉斯·史密斯(Douglas smith)解释到,每个颗粒都是由成千上万个神经细胞组成的组群,它们之间拉伸的纤维实际上由成千上万个轴突组成,这种纤长的突起物将电脉冲从每个神经元中心引出。这些连接——每个都是人造神经——相当于物理桥梁,史密斯希望这将帮助研究人员修复之前无法治愈的(神经)损伤。
  当体内神经节被切断或压碎时,神经元就会死亡。尽管它们可以再生,但那是以每天1厘米的极慢速度再生。另一个难题是:当新轴突长出时,它们需要原生神经鞘——种由多种不同细胞组成的保护性薄膜——以引导自身到达之前功能受损的区域。如果没有活着的神经在里面,神经鞘大约在三个月后就会分解。史密斯说,“这需要与时间赛跑。”在手腕处被切断的神经,由于与手部距离较短,及时治愈的话,可以恢复手部功能。如果神经在肩膀处被切断,病人就基本上可以放弃那条手了,因为在神经鞘分解前,新神经不足以生长到手那里。
  最先进的实验性技术也不能使距离受损处过远的神经恢复功能。史密斯认为,可以将人造神经当作支架,以促进神经再生,医生可在患者神经死亡处植入该人造神经。尽管植入神经不能自身传递信号,但鲜活的组织细胞可以引导体内再生神经回到受损部位,同时保持分离的神经鞘完整。
  为了使人造神经在被移植前能生长至受损区域,他逐步轻微地增加拉力。他发现,这一过程可促进神经生长,比科学家原先认为的速度快100倍。而且,神经不仅生长得更长,也更厚实,这显然是由于拉力增加形成了蛋白质。史密斯与他的团队将人造神经植入切除了部分腿部神经的白鼠。4个月内,随着原生神经开始在白鼠体内再生,植入体开始引导这些神经穿过切口,成功恢复了白鼠腿部的机能。
  
  拉伸
  
  为了增长神经植入体,史密斯与他的团队首先从胎鼠脊髓中收集感触神经细胞——传递给大脑信息的细胞。研究技术人员凯文-布朗(KevinBrowne)首先吸取名为胶原的凝胶蛋白粉,滴到特别腔内的两片相邻薄膜。该腔大约有鞋盒那么大,里面装有一个由捆绑了金属棒的垂直方体组成的拉伸装置。其中一片微小的透明薄膜被称为“牵引膜”,它悬挂在方体底部,切口下方接近腔底的位置,在那里与第二片薄膜重叠。布朗把一组神经元群放置在牵引膜上,另一组放在基底膜上。这样,两组神经元群距离不超过100微米,相当于两根头发的宽度。他把全部装置放入恒温37℃的培育体中,以模拟白鼠体内温度。
  第二天,布朗用滴灌将酶与其他蛋白质组合的溶液滴在薄膜上,该溶液可促进神经元长出轴突。不久后,每个神经元的轴突将伸出,并与对面神经元形成突触连接。大约5天过后,轴突确保与周邻神经元相连,布朗便把金属棒与电脑控制的马达相连。马达会以变速拉伸牵引膜原理基底膜,该速度由反复测试决定。
  经过3~5天的逐渐增加拉力后,研究团队开始以每天1厘米的速度拉伸轴突(大约是人体神经自然再生速度的100倍),尽管较短的植入体可以较缓慢地拉伸。
  
  修复工作
  
  大约一周的缓慢拉伸后,布朗将拉伸装置从培育体内取出,他用滴灌在细胞顶部添加更多的作为柔和胶质的胶原。接着,他将神经纤维与神经元从薄膜上捻开。布朗使用显微镊子,将大约已经1厘米长的新生神经放入已纵向分开的稻草状软管中。软管由可溶于体内的生物降解材料构成,以作为人造神经鞘。布朗将其缝合,或黏在神经内部。
  在初始测试植入神经修复损伤神经的能力实验中,史密斯移除了大约1厘米的白鼠坐骨神经,该神经贯穿臀部,从腿后部延伸至脚踝与脚,负责传递脊髓信息至各个腿部肌肉。接着,他把软管放入神经所在位置。用镊子小心地将白鼠的树状坐骨神经鞘推人各个软管底部并用纤维蛋白胶密封。没有植入体的地方,切口下的部分神经鞘将会分解,白鼠则会丧失腿部活动能力。人造神经提供一种神经再生方式,促进白鼠自身神经以正确的方向生长,并维持神经鞘存活。
  史密斯说,实验在超过40只白鼠身上进行了测试,他的团队在白鼠恢复行走机能上几乎取得了100%的成功。当研究人员解剖这些白鼠时,发现新轴突已从脊髓长出,并与植入神经交织在一起。软管内的神经元也引发新轴突向软管两个方向伸出,并进一步与白鼠自身再生的轴突交织起来。
  史密斯和他的团队认为,更长的植入神经有助于修复更广泛的损伤。到目前为止,最长的神经生长了大约10厘米。他们还展示了拉伸过程在人体捐赠器官神经上的应用。史密斯希望在未来两年内开始,在神经损伤的患者上身测试人体衍生植入神经。
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