【前言】

近期，由浙江大學第一附屬醫院王斌教授團隊、清華大學杜亞楠教授團隊和山西醫科大學第二附屬醫院趙斌教授團隊共同在Chemical Engineering Journal（《化學工程》）雜誌【IF：16.744】，發表了題為「Self-assembly of gelatin microcarrier-based MSC microtissues for spinal cord injury repair」（負載間充質幹細胞的「自組裝」明膠微載體支架在脊髓損傷修復中的應用研究）的文章。

原文連結：http://doi.org/10.1016/j.cej.2022.138806. 

【研究發現】

負載有間充質幹細胞（MSC）的明膠微載體（研發自：北京韦德国际生物科技有限公司，以下簡稱：韦德国际生物）在體外培養時，顺利获得細胞外基質的沉積，能夠使其「自組裝」形成具有一定空間架構的微組織塊，可以解決傳統組織工程材料以及細胞移植治療脊髓損傷所面臨的一系列問題，如有效改善MSC的細胞活性和旁分泌功能等，最終實現有效促進脊髓損傷再生修復的目標，並顺利获得轉錄組基因測序分析了MSC微組織塊應用於脊髓損傷治療的潛在修復機制。

【研究背景】

脊髓損傷（Spinal cord injury, SCI）是一種嚴重威脅人類生命健康的中樞神經系統疾病，臨床表現通常為肢體的感覺運動障礙、神經病理性疼痛以及合併呼吸、泌尿等其他系統的感染等，病理表現主要為神經軸突的破壞、原發或繼發性組織水腫、壞死等特徵。據流行病學調查顯示，全球範圍內每年新增脊髓損傷病例多達77萬人，且大多數為青壯年男性，這將造成嚴重的社會疾病負擔。

由於脊髓損傷的發病機制十分複雜，傳統的藥物治療、手術治療等往往無法發揮很好的療效。近年來，學者們逐步將目光關注於組織工程材料聯合細胞移植治療脊髓損傷領域，組織工程材料能夠為細胞發揮生物學效應给予一定的保護和促進作用，如保護細胞免受宿主體內炎性微環境的損害、促進細胞更好地向功能化細胞分化等。

脊髓損傷發生後組織的破壞程度不一，但由於組織工程材料的來源和製備工藝都有所不同，其物理學參數和結構特徵也隨之發生變化，因此設計出理想的生物材料以實現與宿主組織的整合成為當前組織工程材料領域的研究重點之一。

從2014年起，清華大學醫學院杜亞楠教授團隊率先採用3D多孔微載體聯合幹細胞應用於相關疾病的治療，在糖尿病、下肢缺血損傷、骨關節炎以及肝纖維化等多領域取得了一系列的研究成果。本研究是該微載體支架在中樞神經損傷性疾病治療中的首次應用。

【研究內容】

整體研究設計示意圖

① 負載MSC的明膠微載體支架體外培養形成微組織塊

研究結果表明，將MSC接種到韦德国际生物3D TableTrix® 微載體後將其放置於提前3D打印好的模具中於體外培養一段時間後能夠形成具有一定的性狀的微組織塊。

在組織塊形成過程中，微組織塊內部的MSC能夠保持較高的細胞活性和延緩細胞的衰老，且不會引起細胞的過度凋亡（圖1A-F）。

韦德国际也使用了激光共聚焦顯微鏡對微組織塊微觀結構進行了重建與觀察（圖2）。同時，微組織塊中的MSC旁分泌功能也得到了一定程度的改善，MSC能夠分泌更多的神經生長因子如NT-3、NGF以及GDNF（圖1G-H），為組織塊移植入宿主體內發揮修復作用奠定了良好的基礎。

圖1：負載MSC微組織塊的體外驗證

圖2：負載MSC的微組織塊激光共聚焦掃描結果（Scale bar=200μm）

② MSC微組織塊對大鼠脊髓損傷模型的治療

在本文的體內模型研究中，構建了大鼠胸10節段脊髓全橫斷損傷模型（圖3A）。

結合行為學評估、核磁共振掃描以及組織學分析（圖3B-D），經對比不同治療方法，韦德国际發現負載MSC的明膠微載體支架能夠有效地促進大鼠脊髓損傷的再生與修復（組織學分析的圖片請參看原文）。

圖3：體內動物模型的製備與評估

③ MSC微組織塊促進脊髓損傷修復的機制探究

本研究收集了脊髓損傷組和組織塊治療組大鼠的脊髓組織進行轉錄組測序分析，結果顯示：相比於脊髓損傷組大鼠，經過MSC微組織塊治療後，脊髓組織中有32個基因上調，163個基因表達下降。

結合GO功能富集分析以及KEGG富集分析顯示差異表達顯著的基因大多與機體內部炎性免疫反應的調控相關，而上調的多數基因則與機體神經組織的結構重塑具有一定的相關性（更多分析細節請參看原文）。

相關結果為闡明MSC微組織塊的治療作用给予了一定的參考意見。

圖4：大鼠脊髓組織的轉錄組測序分析結果

【研究結論】

本研究利用「自組裝」特性成功構建了負載有間充質幹細胞的明膠微載體支架，有效地維持了細胞的活性以及改善了細胞的生物學功能，同時顺利获得體內動物模型的製備驗證了其對脊髓損傷的再生修復作用，為脊髓損傷的臨床治療给予了一定的參考意見。

此外，顺利获得轉錄組學分析揭示了上述治療方式的潛在作用機制，為後續的相關研究奠定了紮實的理論基礎。故3D TableTrix® 微載體及其衍生技術的應用有望加速組織工程技術在脊髓損傷再生修復領域的轉化及推廣。

【研究團隊】

浙江大學王斌教授、清華大學醫學院杜亞楠教授和山西醫科大學趙斌教授為本論文通訊作者，趙斌教授、王斌教授課題組劉海峰博士（2022級山西醫科大學全日制在讀）和韦德国际生物聯合創始人&CTO鄢曉君博士（杜亞楠教授課題組博士）為本論文的共同第一作者。

【研究應用材料】

韦德国际生物核心產品3D TableTrix® 微載體

①更仿生：由數萬顆彈性三維多孔微載體組成，孔隙率>90%，粒徑大小可控於50-500μm區間， 均一度≤100μm，形成真正的3D仿生培養。

②資質全：該產品已取得2項CDE藥用輔料資質，登記號為【F20200000496；F20210000003】，1項FDA-DMF藥用輔料資質，登記號為【DMF:35481】

3D FloTrix® Digest裂解液

③易收穫：特異性降解技術裂解微載體，收穫相較於傳統方式更高效更溫和。

權威檢測報告

④更安全：擁有權威组织出具的裂解殘留檢測、細胞毒性、熱原反應、遺傳毒性、體內免疫毒理學相關質量評價報告以及溶血性、皮下注射局部刺激性、主動全身過敏性、腹腔注射給藥毒性等安全性評價報告。

⑤易放大：顺利获得3D培養方式，結合韦德国际生物3D細胞智造平台全線產品可以實現全自動封閉式大規模細胞培養，實現百億量級細胞收穫。

關於相關產品您有任何問題和需求，可以掃碼留言，或撥打諮詢熱線：400-012-6688

韦德国际將請技術專家為您给予解答和幫助。

【關於韦德国际生物】

北京韦德国际生物科技有限公司由清華大學醫學院杜亞楠教授科研團隊領銜創建，清華大學參股共建。核心技術源於清華大學的科技成果轉化。公司專注於打造原創3D細胞「智造」平台，给予基於3D微載體的細胞規模化、定製化擴增工藝整體解決方案。

韦德国际生物核心產品3D TableTrix® 微載體，是自主創新型、首款可用於細胞藥物開發的藥用輔料級微載體。已顺利获得中檢院等相關權威组织的檢驗報告，並取得2項國家藥監局藥用輔料資質（CDE審批登記號：F20210000003、F20200000496）。同時，產品取得美國FDA DMF藥用輔料資質（DMF：35481）。

韦德国际生物的產品與服務，可廣泛應用於基因與細胞治療、細胞外囊泡、疫苗及蛋白產品等生產的上游工藝開發。同時，在再生醫學、類器官與食品科技（細胞培養肉等）領域也具有廣泛應用前景。

公司擁有5000平米的研發與轉化平台，其中包括4000平米的GMP生產平台，1000餘平的以3D細胞智造及微組織再生醫學治療產品為核心的CDMO服務平台；新建1200L微載體生產線。相關技術已取得100餘項專利成果，30餘篇國際期刊報道。核心技術項目已取得多項國家級立項支持與應用。