神經(jīng)負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)人體各種生理活動，在組織修復(fù)過程中可作為機(jī)體的一部分激活組織內(nèi)在的再生機(jī)制，因此通過對神經(jīng)進(jìn)行調(diào)控有望實現(xiàn)對不可逆損傷以及難治性病理狀態(tài)的修復(fù)和治療。

心肌梗死嚴(yán)重威脅著人類的生命健康，由于心肌細(xì)胞不能增殖，受損的心肌組織往往難以恢復(fù)，而是通過藥物及手術(shù)等方式避免其進(jìn)一步惡化。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在監(jiān)測和協(xié)調(diào)心臟生理活動方面起到不可或缺的作用。心臟狀態(tài)由末梢神經(jīng)纖維監(jiān)測，交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)共同調(diào)節(jié)心臟的生理功能，并糾正異常狀態(tài)。

有研究表明，神經(jīng)元對心肌細(xì)胞成熟和心肌組織再生有積極作用，而神經(jīng)干細(xì)胞可以分化為神經(jīng)元并具有自我更新的潛力，有望作為活性修復(fù)成分來實現(xiàn)對心肌病理狀態(tài)的自適應(yīng)調(diào)節(jié)。

近日，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所吳成鐵研究員帶領(lǐng)研究團(tuán)隊對無機(jī)材料誘導(dǎo)的預(yù)神經(jīng)化生物3D打印支架在心肌梗死修復(fù)方面的作用進(jìn)行研究。

生物材料和細(xì)胞之間的相互作用可以觸發(fā)其內(nèi)部生物過程，團(tuán)隊利用無機(jī)生物材料硅酸鍶對神經(jīng)干細(xì)胞進(jìn)行誘導(dǎo)，以生物相容性水凝膠GelMA為基體，設(shè)計一種生物3D打印預(yù)神經(jīng)化心肌修復(fù)支架。

團(tuán)隊開展的實驗包括：

• 研究硅酸鍶釋放出的離子濃度對支架中神經(jīng)干細(xì)胞分化方向的調(diào)節(jié)作用
• 體外共培養(yǎng)實驗，驗證預(yù)神經(jīng)化支架對心肌構(gòu)建體中心肌細(xì)胞結(jié)構(gòu)及功能成熟的促進(jìn)作用
• 通過大鼠心肌梗死模型的體內(nèi)實驗，探究預(yù)神經(jīng)化支架對心功能恢復(fù)、心室重塑及梗死區(qū)域血供重建的影響，以及對與心臟保護(hù)相關(guān)的晝夜節(jié)律基因的激活作用

研究發(fā)現(xiàn)，硅酸鍶釋放出的離子濃度對支架中神經(jīng)干細(xì)胞的分化方向具有明顯的調(diào)節(jié)作用，在支架中引入的硅酸鍶微粒，使支架中的神經(jīng)干細(xì)胞更傾向于分化為成熟的神經(jīng)元，從而對支架進(jìn)行"預(yù)神經(jīng)化"。

體外共培養(yǎng)實驗表明，預(yù)神經(jīng)化支架能夠顯著促進(jìn)心肌構(gòu)建體中心肌細(xì)胞結(jié)構(gòu)及功能的成熟，實現(xiàn)心肌細(xì)胞的同步搏動。

大鼠心肌梗死模型的體內(nèi)實驗進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，預(yù)神經(jīng)化支架可激活四種與心臟保護(hù)相關(guān)的典型晝夜節(jié)律基因，從而促進(jìn)心功能恢復(fù)，緩解心室重塑，并加速梗死區(qū)域的血供重建，表明預(yù)神經(jīng)化支架具備從系統(tǒng)的角度激活組織修復(fù)的潛力。

該研究成果表明，利用無機(jī)活性材料硅酸鍶誘導(dǎo)的預(yù)神經(jīng)化支架可能為心肌梗死修復(fù)提供一種新的思路。

論文標(biāo)題："Inorganic Biomaterials Inducing Scaffolds Pre-neuralization for Infarcted Myocardium Repair"

發(fā)表期刊：Advanced Materials

DOI：10.1002/adma.202419765

第一作者：王之栩（上海硅酸鹽研究所博士研究生）

通訊作者：吳成鐵研究員（中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所）

研究資助：

• 國家重點研發(fā)計劃
• 國家自然科學(xué)基金
• 中國科學(xué)院青年創(chuàng)新團(tuán)隊項目
• 江蘇省基礎(chǔ)研究計劃

專利情況：已申請一項發(fā)明專利