一項來自美國西北大學材料方面的開創性研究可能有助于那些需要干細胞治療的脊髓損傷、中風、帕金森病、阿爾茨海默病、關節炎或任何其他需要組織再生的病癥的患者。

資深作者西蒙斯·辛普森·奎里生物納米技術研究所所長、董事會主任，材料科學與工程，化學，醫學和生物醫學工程教授塞繆爾·史圖普（Samuel I. Stupp）說：“在細胞治療的背景下，人們治愈這些疾病或再生壞死的組織是非常重要的。”

該研究于當地時間7月10日在Nature Communications雜志上發表。

我們身體中的細胞不斷接收來自其周圍基質中的蛋白質和其他分子發出的不同指令。例如，一些物質可以誘導細胞表達特定基因，從而它們可以增殖或分化成促進組織生長或再生的幾種細胞。這種信號機制的特別之處在于這是活體中使信號停止并根據需要重新啟動的內建能力，或者關閉一個信號并激活不同的信號來編程非常復雜的過程。目前，建立具有這種再生療法動態能力的人造材料幾乎是不存在的。

在今天發表的新作中報告了這種具有觸發這種動態信號過程的可逆性合成物質的開發。該平臺不僅可以研究更有效的管理干細胞再生療法的物質，而且還將允許科學家在實驗室中探索和發現新的方法來控制細胞的演化及其功能。

該研究其中一個發現是使用合成材料誘導神經干細胞增殖的可能性，然后在操作者選擇的特定時間，觸發它們分化成神經元，然后按要求將干細胞返回到增殖狀態。

本文還報道了脊髓神經干細胞--最初被分類為被稱為“神經球”的結構，可以被信號驅動擴散和分化。但是，當這個信號被關閉時，細胞自發地重組成菌落。這揭示了這些細胞之間的強烈相互作用，并且可能對于了解發育和再生過程十分重要。

這種操作細胞的新技術的潛在應用可能有助于治愈帕金森病患者。患者的皮膚細胞可以使用現有技術轉化為干細胞。這種新技術可以幫助增值體外新轉化的干細胞--在實驗室中--然后在移植前將其分化為多巴胺生成神經元。

在這個新技術中，材料用不同的DNA鏈進行化學修飾，每個DNA都設計成向細胞顯示不同的信號。為了激活信號，將含有與肽偶聯的互補DNA鏈的可溶性分子加入到材料中以產生顯示該信號的DNA雙螺旋。通過加入幾滴DNA-肽綴合物并給予綠光以產生更多的干細胞。向材料提供動態智能的方法是將表面暴露于可溶性單鏈DNA分子，其設計為“抓住”雙鏈體的含信號鏈并形成新的DNA雙螺旋。這種新型雙鏈不再附著在材料表面上從而被洗去，以此關閉生物信號。要重新開啟信號，所需要的只是引入一個新的單鏈DNA拷貝，該信號會重新連接到材料的表面。

Stupp說：“人們希望使用利用自己身體的干細胞再生組織的細胞療法。原則上來說這是可能的，但是需要一個有效的擴散和分化細胞的程序。我們的技術就是這樣做的。”

雖然這個過程目前只在體外進行，然后移植細胞，Stupp說，將來可能會在體內執行這個過程。將干細胞植入臨床中，將其封裝在該研究中描述的該類材料中，再通過注射在特定的位置發揮作用。然后將可溶性分子給予患者以操縱移植細胞的增殖和分化。