山大桑元华教授、冯世庆教授和刘宏教授《Adv. Funct. Mater.》: 水凝胶育儿袋快速实现脊髓损伤修复

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因意外或疾病所致的脊髓损伤 （SCI）是严重的致残性损伤，往往易造成不同程度的截瘫或四肢瘫痪，严重的影响患者生活自理及参与社会活动的能力。神经干细胞 （NSCs）具有多向分化潜能，可分化为SCI修复急需的神经元、星形胶质细胞等。然而神经干细胞寿命短、活性难维持及体内易弥散等难题成为SCI快速修复的制约因素。

近日，山东大学晶体材料国家重点实验室桑元华、刘宏教授团队与齐鲁医院冯世庆教授团队受袋鼠育儿袋功能所启发，联合设计羟基磷灰石（HAp）纳米水凝胶空腔作为育儿袋实现SCI快速修复，在医工交叉领域再添新成果。研究成果以“HAp Thermosensitive Nanohydrogel Cavities Act as Brood Pouches to Incubate and Control-Release NSCs for Rapid Spinal Cord Injury Therapy” 为题，发表于国际期刊Advanced Functional Materials, 2022, 2203492 (IF=18.808) 上。文章通讯作者为山东大学晶体材料国家重点实验室桑元华、刘宏教授和齐鲁医院冯世庆教授，第一作者为山东大学晶体材料国家重点实验室博士研究生郝敏和齐鲁医院博士研究生张大鹏，山东大学为第一作者和通讯作者单位。

本研究将壳聚糖水凝胶与HAp纳米棒联合打造可注射型HAp纳米温敏水凝胶空腔，通过储存NSCs构建了“活凝胶”。其中，将NSCs封装在纳米水凝胶腔内的设计可实现NSCs的增殖和干性维持，有利于实现细胞的连续性供应。在温敏水凝胶中，NSCs可在24h内胞吞HAp加速细胞神经分化。随着水凝胶空腔的塌陷，细胞逐步释放于患处进行SCI快速修复。

 

图一：HAp温敏纳米水凝胶的合成与表征。

图二：细胞活性及细胞-HAp位置关系。

图三：封装在水凝胶中细胞的干性维持。

图四：释放的细胞神经特异性基因及蛋白表达分析

图五：体内皮下注射模型效果验证。

 图六：体内脊髓损伤模型效果验证。

本研究中提出的可注射型HAp温敏纳米水凝胶可实现NSCs的功能性培育。纳米水凝胶的育儿袋效应及连续性细胞释放功能是将其用于SCI治疗的关键。基于HAp纳米棒加速NSCs神经分化的特性，HAp温敏纳米水凝胶诱导NSCs快速分化为神经元和星形胶质细胞参与SCI修复。该“活凝胶”解决了干细胞储存和释放、干细胞分化调控及干细胞治疗的难题，为神经退行性疾病的诊疗带来了新的契机。

原文链接： 

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202203492

作者简介：

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桑元华，山东大学晶体材料研究院教授，博士生导师，国家优秀青年基金获得者。主要从事纳米能源转化材料的研究、铌酸锂晶体生长及应用研究、以及生物组织工程材料及干细胞分化相关的研究。作为项目负责人承担了重点研发专项-政府间科技合作项目、山东省杰出青年基金、山东省重大创新工程项目等，作为第一作者或者通讯作者在包括Adv. Mater., Adv. Energy. Mater., 等国际重要学术期刊上发表60余篇，其他合作文章80余篇，EIS高被引论文11篇，个人H因子45，获得发明专利授权20项，第二完成人获得山东省自然科学一等奖。

冯世庆，主任医师，教授，博导。现任山东大学齐鲁医院骨科主任、山东大学骨科医学研究中心主任、国家脊髓损伤国际科技合作基地主任。教育部“长江学者”特聘教授、国家“万人计划”领军人才、教育部“新世纪优秀人才”、“泰山学者攀登计划”专家。担任第十届国际神经修复学会主席、中华医学会骨科学分会创新与转化学组组长、中国医师协会骨科医师分会智能骨科学组组长、中国康复医学会脊柱脊髓专业委员会基础研究主任委员、中国康复医学会脊柱脊髓专委会副主任委员、中国医师协会神经修复专委会副主任委员。先后主持和完成国家重点研发计划“干细胞及转化研究”重点专项、国家自然科学基金重点项目、国家自然基金重点国际合作项目等项目23项，发表论文360余篇，其中SCI论文160余篇；授权专利25项；主编和参编专著15部。获得国家科技进步二等奖、省部级科技进步特等奖和一等奖、中华医学科技二等奖等科技奖励10项。

刘宏，山东大学晶体材料国家重点实验室，济南大学前沿交叉科学研究院，教授，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者。主要研究方向：生物传感材料与器件，组织工程与干细胞分化、纳米能源材料，等。主持了包括十五、十一五、十二五863、十三五国家重点研发项目和自然基金重大项目、重点项目等科研项目。在包括Chem Soc Rev, Adv. Mater., J. Am. Chem. Soc, Adv. Fun. Mater等学术期刊上发表SCI文章600余篇，总被引次数超过27000次，H因子为80，30余篇文章被Web of Science的ESI高被引论文，文章入选2013年中国百篇最具影响国际学术论文，2015和2019年度进入英国皇家化学会期刊“Top 1% 高被引中国作者”榜单。2018-2021年连续四年被科睿唯安评选为“全球高被引科学家”。授权专利30余项，两项研究成果分别实现了1000万技术转让。2019年获山东省自然科学奖一等奖。

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