促进脊髓损伤恢复的温敏型水凝胶及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种促进脊髓损伤恢复温敏型水凝胶及其制备方法，所述温敏型水凝胶由碱性成纤维细胞生长因子、细胞外基质和肝素泊洛沙姆制成的温敏型水凝胶中负载脐带间充质干细胞。本发明专利技术创造性地提出将脐带间充质干细胞与bFGF

【技术实现步骤摘要】
促进脊髓损伤恢复的温敏型水凝胶及制备方法


[0001]本专利技术属于生物医药
，具体涉及促进脊髓损伤恢复温敏型水凝胶及制备方法。

技术介绍

[0002]脊髓损伤(SCI)是一种中枢神经系统疾病，死亡率和致残率都很高。主要原因在于脊髓损伤后导致极其复杂的病理改变，主要包括直接创伤引起的原发性损伤和微循环障碍引起的继发性损伤以及缺血缺氧炎症反应。其中，最重要的是脊髓损伤后空洞和胶质瘢痕的形成阻碍神经再生，进而严重影响脊髓损伤的治疗。具体而言，随着疾病进展过程中脊髓损伤引发的缺血条件会导致缺氧、葡萄糖供应不足以及线粒体的一系列病理变化，导致线粒体融合减少和分裂增加，严重破坏线粒体产生三磷酸腺苷(ATP)的能力，减少细胞能量供应。而且，活性氧(ROS)、乳酸脱氢酶(LDH)和丙二醛(MDA)的过度产生改变线粒体膜电位 (MMP)，激活各种凋亡因子(如Cas 3、BAX)，最终导致功能紊乱的线粒体积累和更多脊髓神经元细胞死亡。因此，目前还没有合适的临床手段来治疗脊髓损伤。
[0003]目前的一些临床前研究方法是通过促进神经细胞再生或改善神经功能。干细胞在修复受损组织和器官方面显示出巨大潜力，因为移植到受损部位的间充质干细胞(MSC)可以分化为神经元，促进内源性生长因子的释放，从而改善SCI。然而，由于脊髓损伤后氧化应激产生大量的酸性物质和炎症因子，这种微环境可导致移植干细胞存活率低，治疗效果差。对神经保护作用至关重要的碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)已被研究用于改善SCI的恢复。bFGF 通过促进细胞有丝分裂和营养神经作用，提高各种细胞类型的存活和生长。然而，bFGF由于半衰期短，在实际应用中受到限制。这对于临床用药达到理想药物浓度是一个需要解决的问题。
[0004]近年来，生物材料支架因其可以创造与宿主组织接触的空间，建立输送各种生长因子和移植细胞的平台，并为细胞的存活提供更好的微环境，已被逐步应用于再生医学领域，特别是水凝胶。水凝胶的含水量接近于人体组织的含水量，能确保其三维立体空间结构，有利于移植细胞与外部环境之间顺利进行物质和能量交换。而且，这种结构具有高表面积的特点，可以为移植细胞的增殖、迁移、分化等生理活动提供条件，并有利于缓慢释放被包裹的神经营养因子等药物。
[0005]尽管MSC治疗具有潜在的优势，但根据既往研究表明，单纯移植UCMSC不能获得长期稳定的疗效。主要原因是受损组织中的微环境较差不适宜移植细胞的存活而导致的治疗效果不佳。并且，由于脊髓损伤形成的组织缺损，干细胞不能停留在空腔内，需要生物材料或其他载体进行填充。生物材料修复脊髓损伤具有优势，生物材料(如壳聚糖、纳米多肽、水凝胶等)能填补损伤形成的不规则空洞，提供神经再生的载体。大量生物材料的研究表明这些生物材料有抑制炎症、改善局部微循环、促进内源性干细胞增生分化并迁移至损伤区形成新的神经网络。然而单独的生物材料功能恢复不完全也不理想。目前也有研究经过基因修饰的干细胞与生物材料联合治疗SCI，基因修饰后的干细胞可在体内过表达相关生长因
子促进神经修复，但因基因修饰后不同程度地影响和改变干细胞的生物性状，例如增殖、迁移和神经分化能力等，最终影响后续治疗效果。
[0006]在本申请专利技术人的前期研究中，将bFGF、细胞外基质(ECM)和肝素泊洛沙姆(HP) 制备成bFGF
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ECM
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HP温敏水凝胶应用于SCI治疗。然而，采用bFGF作为活性成分，其治疗SCI的效果还有待进一步提高。

技术实现思路

[0007]基于上述原因，本专利技术提出一种促进脊髓损伤恢复温敏型水凝胶及制备方法。具体而言，为了实现本专利技术的目的，本专利技术拟采用如下的技术方案：
[0008]本专利技术一方面涉及促进脊髓损伤恢复温敏型水凝胶，其由碱性成纤维细胞生长因子 (bFGF)、细胞外基质(ECM)和肝素泊洛沙姆(HP)制成的温敏型水凝胶中负载脐带间充质干细胞(UCMSC)。出人意料的，脐带间充质干细胞(UCMSC)在本专利技术的温敏型水凝胶中具有高的存活率，并且不破坏水凝胶的温敏性能，本专利技术的温敏型水凝胶通过激活 PAK1/SIRT4改善线粒体功能，减少线粒体病理性碎片化，促进线粒体供能和物质代谢，减少有害物质ROS、LDH、MDA的生成，提高线粒体膜电位，进而减少损伤部位的细胞凋亡，发挥神经保护作用，促进脊髓损伤的恢复。
[0009]在本专利技术的一个优选实施方式中，所述碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)、细胞外基质 (ECM)和肝素泊洛沙姆(HP)的重量比为3
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6：10
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20：160
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320。
[0010]在本专利技术的一个优选实施方式中，所述温敏型水凝胶在20℃以下时为液态，在36℃以上时为凝胶状态。
[0011]在本专利技术的一个优选实施方式中，所述温敏型水凝胶为多孔结构。
[0012]本专利技术另一方面还涉及上述温敏型水凝胶的制备方法，其特征在于包括如下步骤：将脐带间充质干细胞(UCMSC)与碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)
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细胞外基质(ECM)
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肝素泊洛沙姆(HP)水凝胶。
[0013]本专利技术另一方面还涉及上述温敏型水凝胶的应用，所述温敏型水凝胶用于制备促进脊髓损伤恢复的药物中的应用。
[0014]在本专利技术的一个优选实施方式中，所述药物为原位注射制剂。本专利技术的水凝胶作为溶液注入，通过温度响应在原位形成凝胶，融入组织腔形成三维支持凝胶，有效解决干细胞归巢问题，同时提高UCMSC的存活率和促进神经分化。
[0015]本专利技术另一方面还涉及上述温敏型水凝胶的应用，所述温敏型水凝胶用于制备改善线粒体功能的药物中的应用。
[0016]本专利技术另一方面还涉及上述温敏型水凝胶的应用，所述温敏型水凝胶用于体外激活 PAK1/SIRT4。
[0017]有益效果
[0018]本专利技术创造性地提出将脐带间充质干细胞(UCMSC)与bFGF
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ECM
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HP温敏水凝胶联合治疗SCI，这种新型干细胞联合生长因子及缓释给药系统具有良好的生物相容性、温敏性和神经修复效果，为脊髓损伤的治疗提供了一个具有临床转化应用前景的治疗策略。此外，本专利技术首次揭示PAK1和SIRT4之间的调节关系，SIRT4在SCI中的线粒体动力学改变的相关性，即，UCMSC
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bFGF
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ECM
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HP水凝胶可通过激活PAK1/SIRT4改善线粒体功能。因此，UCMSC
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bFGF
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ECM
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HP温敏型水凝胶为中枢神经系统疾病的干细胞生物支架治疗提供一种有前景的策略。
附图说明
[0019]图1：UCMSC
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bFGF
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ECM
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HP温敏型水凝胶的制备与表征。(A)示意图为 UCMSC
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bF本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.促进脊髓损伤恢复温敏型水凝胶，其由碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)、细胞外基质(ECM)和肝素泊洛沙姆(HP)制成的温敏型水凝胶中负载脐带间充质干细胞(UCMSC)。2.根据权利要求1所述的温敏型水凝胶，所述碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)、细胞外基质(ECM)和肝素泊洛沙姆(HP)的重量比为3
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6：10
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20：160
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320。3.根据权利要求1所述的温敏型水凝胶，所述温敏型水凝胶在20℃以下时为液态，在36℃以上时为凝胶状态。4.根据权利要求1所述的温敏型水凝胶，所述温敏型水凝胶为多孔结构。5.权利要求1
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4任意一项所述温敏型水凝胶的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：李艺，叶军明，张宏宇，肖健，叶俊松，杨亮亮，钟茂林，钟钦文，
申请(专利权)人：赣南医学院第一附属医院，
类型：发明
国别省市：