当干细胞遇上水凝胶：可修复失眠和脑损伤、促进伤口愈合…

前不久，澳大利亚国立大学和墨尔本大学的联合研究团队携手开发了一款新型水凝胶，它能将干细胞送达小鼠脑损伤的病灶位置，这一研究成果已经刊发于《Nature Communications》（自然·通讯），作为世界顶尖科学期刊《Nature》的子刊，该文章有力地揭示了干细胞与水凝胶协作对大脑和中枢神经系统的突出疗效[1]。

对于遭受诸如中风、脑血栓等病痛折磨的大脑，病灶部位的“死区”急需临时血液供应为细胞补给营养物质，直至血液系统完全修复。

近年来蓬勃兴盛的干细胞技术已经开始了对大脑损伤的攻坚征程，但医疗人员面临的普遍难题在于如何维持干细胞在受损部位的长久存活，毕竟这一部位的血供和营养链路已经严重受损，如果持续向内补充干细胞，不仅在成本上难以接受，而且效率极为低下。

其次，传统干细胞扩增时采用的二维培养会导致扩增所得细胞形成异常极化的扁平形状，其分化能力相当低下，如采用球形三维培养方法，细胞和基质之间缺乏良好互动，会使得细胞快速凋亡[2-3]。

为了营造干细胞在正常生存、增殖、迁移等过程中需要的三维环境，研究人员想到利用水凝胶（Hydrogel）这一富含水的多孔聚合物网络，为干细胞培养提供有利环境。由于水凝胶中富含交联网络，可以溶胀和保持大量的水分，而且它可以轻松维持一定的形状与体积，这也便于研究人员按需进行裁剪和塑造。

不仅如此，水凝胶的化学、物理及机械性质是可细微调节的，其分子量、块结构和交联剂的变化能直接影响干细胞的活性，将其与人工合成聚合物相结合，能够提供更理想的锚定效果，并促进增殖。

前述的研究成果在“水凝胶+干细胞”的基础上进一步添加了基于肌红蛋白的合成蛋白质，后者在抹香鲸和马的心肌中大量存在，将其并入水凝胶组分中可以提供长久的氧气释放，确保干细胞在输注过程中得到充足的氧供应。

与注射不含肌红蛋白的水凝胶相比，注射含肌红蛋白的水凝胶的小鼠脑组织显示出更为健康的状态。

图片来源：墨尔本大学

实际上，水凝胶与干细胞的相遇，还造就了更多奇迹。水凝胶不仅能长久吸水保湿，而且还是极为理想的经皮给药敷料，它的存在确保了干细胞生长微环境恒定适宜，为干细胞源源不断提供富含蛋白和糖的细胞外基质ECM。

将特定的水溶胶与干细胞联合体移植到小鼠的眼睛与大脑中，能促进神经系统的恢复，治疗包括失眠和脑损伤在内的一系列大脑疾病；将干细胞微球和水凝胶敷在创面上，能刺激肉芽组织和上皮形成，使伤口的愈合进程大大加快；将干细胞外泌体SC-Exos合并水凝胶移植到软骨缺损部位，可以促进软骨关节再生，并呈示出较为可靠的生物相容性[4]。

水凝胶提供的不仅是一个微环境、一副框架、一种载体，更是一种投放干细胞的新思路。生物医学工程联合干细胞技术，可以帮助胚胎干细胞封装于形态与体积可控的凝胶壳体内，实现稳定增殖，这种“封装”形式还能有助于细胞逐步适应宿主微环境，降低引发免疫反应的风险，既提高了细胞成活率，又增强了术后恢复的效率。

我们相信，对水凝胶与干细胞的组合还会有更多令人振奋的研究成果问世，也许未来会有一种新的干细胞输注方式能够以更加亲民的价格、更为简便易行的术式为人所用。

参考文献：

[1]https://m.gmw.cn/baijia/2023-03/01/36399254.html

[2]欧阳仁俊,杨晓红.不同复合支架负载间充质干细胞外泌体应用于骨组织再生的研究进展[J].海南医学,2022,33(23):3108-3112.

[3]郑少伟. TEOS/GEL水凝胶和GelMA-HAP-SN纳米复合水凝胶在骨缺损修复中的作用与机制研究[D].南方医科大学,2022.

[4]荆华,林开利,赵灿灿,赵斌.维持间充质干细胞干性的策略与机制[J].中国细胞生物学学报,2022,44(11):2134-2143.

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