实验室培养的人类脊髓模型复现损伤反应，并用于测试“舞动分子”疗法

美国Northwestern University的科学家开发了一种创新的实验室培养模型，利用人类脊髓类器官（organoid）准确复现损伤后的反应，有望加速再生治疗的研发。该模型首次成功再现了细胞死亡、炎症以及胶质瘢痕形成——这种致密屏障会阻断神经再生。

类器官是由干细胞培育而成的“迷你器官”，可模拟真实组织的结构与功能。研究人员利用受损的人类脊髓类器官测试了**“dancing molecules”**疗法；该疗法此前已在动物中显示可逆转瘫痪并修复组织。接受治疗的类器官出现显著的神经突（neurite）生长——即连接神经细胞的长突起——同时瘢痕样组织减少。

该疗法于2021年提出，通过分子运动来修复外伤性脊髓损伤。其以液体形式注射后，会凝胶化形成纳米纤维网络，模拟细胞外基质（extracellular matrix），也就是脊髓细胞周围的天然支架。通过微调分子群体的协同运动，可增强其与细胞受体的结合。在小鼠中，于严重损伤后24小时给予一次注射，动物在4周内即可再次行走。

该研究通讯作者、疗法发明者Samuel I. Stupp表示，类器官最令人兴奋的一点在于它们可用于在人体组织中测试新疗法。在无法直接开展临床试验（clinical trial）的情况下，这是实现这一目标的唯一方式。应用该疗法后，胶质瘢痕显著消退，几乎难以检测；同时神经突不断生长，类似于动物实验中观察到的轴突再生（axon regeneration）。这为该疗法在人体中有效提供了验证。

为模拟脊髓损伤，团队制造了两种常见损伤：用手术刀造成的裂伤，以及类似严重车祸或跌落所致的挤压性挫伤。两者均引发细胞死亡与胶质瘢痕形成，与真实损伤一致。团队还加入了小胶质细胞（microglia）——中枢神经系统的免疫细胞——以模拟炎症反应。研究人员首次将小胶质细胞引入人类脊髓类器官，这意味着类器官能够产生驻留免疫系统在损伤后释放的全部化学信号，从而使其成为更真实、更准确的脊髓损伤模型。

当该液体疗法用于受损类器官时，会凝胶化形成支架，缓解炎症、减少瘢痕、延长神经突并促进有序的神经生长。在脊髓损伤中，轴突——一种神经突——常被切断，导致神经信号传递中断并引起瘫痪；再生这些突起可能有助于恢复功能。

在建立损伤模型之前，研究人员先在健康类器官上测试了该疗法。“舞动分子”在类器官表面诱导出细长的神经突；但当使用运动较弱或几乎不运动的分子时，则未观察到这一现象。二者差异非常明显。该治疗策略的显著疗效被归因于分子的超分子运动（supramolecular motion），使其能更频繁地与细胞受体相互作用。

该疗法已获得美国食品药品监督管理局（U.S. Food and Drug Administration, FDA）的Orphan Drug Designation。下一步，团队计划构建更先进的类器官，包括具有更坚硬瘢痕组织的慢性损伤模型，并最终利用患者自身干细胞培育个体化植入物，以避免免疫排斥。

这项发表于《Nature Biomedical Engineering》的研究强调的不仅是治疗学进展的潜力，也凸显了类器官在加深对人体生理与病理理解方面的变革性作用。与动物实验和人体临床试验相比，类器官可帮助研究人员加快研究进程并降低成本。