Only Perception: 生物聚合物中的神經傳導素能刺激神經再生

2007-12-12

生物聚合物中的神經傳導素能刺激神經再生

Neurotransmitters in biopolymers stimulate nerve regeneration
http://www.physorg.com/news116596936.html

December 11, 2007

研究者在 12/11 的 Advanced Materials 上報告一種具潛在希望的策略，那能促使受損的中樞神經細胞，即所謂的神經元再生。

這種技術使用一種生物可分解的聚合物，那包含一種模仿神經傳導素（neurotransmitter）乙醯膽鹼（acetylcholine）的化學基，能刺激軸突（neurites）的生長。這種仿生聚合物接著能夠引導神經的再生。

在人類的大腦或脊髓神經受傷後，目前沒有療法能恢復原有的機能，因為中樞神經系統的神經元的自我修復與再生能力有限。

"中樞神經系統的再生需要神經的活動，而非只有神經生長因子本身，所以我們認為神經傳導素或能傳送所需的訊號，" Yadong Wang 表示，喬治亞理工 Coulter 生醫工程系與 Emory 大學的助教授，同時也是本研究的主要研究者。

化學神經傳導素神經元與其他細胞之間傳送（relay）、放大與調控訊號。這項新研究證實將神經傳導素整合到生物可分解的聚合物中可產生一種生物材料（biomaterial），那能順利促進軸突生長，那對於想要重新恢復知覺、運動、認知或自律機能的中央神經系統受傷、中風或某些神經退化疾病的受害者來說是必需的。

Wang 與畢業生 Christiane Gumera 開發新穎的生物可分解的聚合物，具有一個彈性脊柱（backbone），那能讓神經傳導素以一種支鏈（side chain）的方式來添加。在目前的形狀中，這種聚合物可藉由手術來植入以修復受損的中央神經。

"我們的最終目標之一是要創造一種神經再生導管，那能引導神經元再生，不過會在神經元再生時逐漸分解掉，所以將不會永久壓迫神經，" Wang 說。

為了進行實驗，研究者以不同濃度的乙醯膽鹼模仿基來測試聚合物。之所以選擇乙醯膽鹼是因為它會誘使軸突自然生長並刺激突觸，二神經元之間的連接，的形成與強化。他們分離神經節（ganglia）神經組織樣本，將它們至於聚合物上，並觀察到新的軸突從神經節延伸。

因為這些神經元的伸展必須阻止（traverse）體內一種生長抑制物質，Wang 與 Gumera 測試生物材料的能力來加強已生長（sprouted）軸突的伸展。更明確地說，他們以一具倒相位差接觸式顯微鏡（inverted phase contrast microscope）評估神經節是否至少有 20 個軸突生長，接著測量軸突長度與軸突長度的散佈。

"我們發現添加 70% 的乙醯膽鹼到聚合物中能誘發反應類似於層黏連蛋白（laminin）的再生，那是種神經培養的標竿（benchmark）物質，" Wang 表示。70% 的乙醯膽鹼也導致軸突以每日 0.7 mm 的速率生長。

層黏連蛋白是一種自然的蛋白質，會出現在神經組織中，不過它溶於水中，讓它很難混合至「導管」中，因為導管需要支持神經長達數月。另一方面，Wang 表示，合成的聚合物與乙醯膽鹼功能基能設計成不溶於水。

因為神經受損的機能恢復需要形成突觸，研究者亦在新形成的軸突上尋找突觸囊泡蛋白（synaptic vesicle proteins）。藉由螢光造影，他們發現這些培養在乙醯膽鹼聚合物上的神經元，會表現出一種以建立的神經標記稱為突觸素（synaptophysin）。

為了要洞察這種新方法，研究者目前正在研究神經元與這些聚合物的交互作用機制。因為那在嚴重傷害後依然能夠互動的神經元穿透疤痕組織的能力有限，所以這些神經再生的新發現能協助補償失去的連接。

"這種聚合物與方法不只限於神經再生，它們或許還能用在其他神經退化性疾病，" Wang 補充道。

※ 相關報導：

＊ Inside Front Cover: Modulating Neuronal Responses by Controlled Integration of Acetylcholine-like Functionalities in Biomimetic Polymers
http://www3.interscience.wiley.com/cgi-bin/abstract/117861785/ABSTRACT