MDPI|中風治療新探索:人類胚胎幹細胞衍生球狀神經團靶向給藥治療

中風，一種由腦部供血中斷或大量減少造成的腦部損傷，已逐漸成為國人健康的頭號殺手，尤其是中老年人群。這種疾病發病急，病死率高，因此，中風被認為是緊急醫療事件，需要即時診斷和治療。目前，醫學界仍未發現有效的治療方法，只能鼓勵民眾多了解相關知識，「防範於未然」。

所有中風病患中，有自發性腦出血病狀的患者佔到了10–20%。對此，醫療界一般採用保守的治療方法，如控制血壓，滲透性血腫水腫的滲透療法以及外科手術治療和康複方案，來幫助患者恢復獨立生活的能力。研究表明，幹細胞給藥可以通過抗炎症，抗凋亡，促進神經發生和血管生成以及組織修復或替代來減輕腦出血給患者帶來的影響。幹細胞來源的球形神經團具有的可持續且高效的分化的能力、同質性及易於操作，存儲，解凍和大規模生產等優點，使其成為潛在的治療急性腦出血的候選人。另外，研究發現靜脈注射只能攜帶少部分幹細胞來源的球形細胞團，因此研究人員提出了用磁小體樣鐵磁性氧化鐵納米立方體裝載的胚胎幹細胞來源的球狀神經團 (以下簡稱FION-SNMs) 來治療腦出血的方案[1]。

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Min Kyoung Kang, Taeghwan Hyeon等學者在IJMS期刊上發表的文章詳細揭示了這種給藥方案的優點，即可改善腦出血所帶來的損傷問題和恢復相應的腦部功能，為腦出血治療提供了一種新的方案。

通過逐步進行以下實驗，作者確定了磁小體樣鐵磁性氧化鐵納米立方體用來裝載球狀神經細胞進行靶向給藥是可行的。

1.通過參考已經發表的研究製作了FION-SNMs[2]，並通過細胞計數試劑盒檢測了磁小體樣鐵磁性氧化鐵納米立方體對胚胎幹細胞來源的球狀神經團的毒性作用，確定了磁小體樣鐵磁性氧化鐵納米立方體的最佳濃度；

2.採用免疫螢光成像檢測磁小體樣鐵磁性氧化鐵納米立方體是否轉載幹細胞來源的球狀神經細胞；

3.通過普魯士藍染色檢測磁小體樣鐵磁性氧化鐵納米立方體來測量幹細胞來源的球狀神經細胞的靶向遞送效果。

在建立了大鼠腦出血模型24小時後，作者開始向其注射材料。通過靜脈注射的材料和處理方式的不同，將實驗體分為三組，第一組為PBS組；第二組是注射磁小體樣鐵磁性氧化鐵納米立方體來裝載球狀神經細胞組 (SNMs* Group)，第三組則是注射FION-SNMs，並給大鼠頸部戴上特定的電磁頭盔 (一種3D列印技術材料製成，內置兩個磁鐵，安裝在大鼠頸部，從而形成一種特定的磁場環境)，處理時長為3天，這使得FION-SNMs能靶向輸送至大腦內部，此組簡稱為SNMs*+Helmet Group。3天後處理大鼠，分別檢測各組腦部的鐵含量，腦腫脹量和水分含量，再進行免疫銀光染色和細胞定量以及腦萎縮測量。結果顯示：磁小體樣鐵磁性氧化鐵納米立方體用來裝載球狀神經細胞的有效傳遞明顯減輕腦出血後的腫脹，減少了炎症細胞的招募，降低了白介素1β，磷酸化的細胞外信號調節激酶 (p-ERK) 和環氧合酶2 (COX-2) 的表達，減少了腦萎縮表達。

圖1. SNMs*+Helmet Group 中的電磁頭盔及實驗大鼠

作者為了確定FION-SNMs可改善腦出血後的運動障礙，在腦出血誘導前一天以及ICH誘導後第1、3、7和14天使用肢體放置測試進行了行為測試。結果顯示：有針對性的注射磁小體樣鐵磁性氧化鐵納米立方體裝載的幹細胞來源的球狀神經細胞能夠在早期階段增強神經的恢復。大多數神經系統惡化發生在72小時內，並且主要是影響中風後不良預後[3]。因此，作者觀察了磁小體樣鐵磁性氧化鐵納米立方體裝載的幹細胞來源的球狀神經細胞的保護作用以及腦出血後三天抗細胞毒性機制[4]，發現腦出血後促炎性機制被上調，在72小時內仍有炎症反應[5]，由此該項研究主要集中在腦出血的急性期治療方案的探索。

開發有效的幹細胞靜脈注射系統用來治療人類腦出血將是一個開創性的道路。磁小體樣鐵磁性氧化鐵納米立方體裝載的胚胎幹細胞是一種更小，更快，功能更強的磁化標籤材料，它可能成為幹細胞移植的一種更有效的靶向遞送材料 [6]。作者採用在外部磁場環境下使用幹細胞來源的球狀神經細胞和磁小體樣鐵磁性氧化鐵納米立方體進行研究的方法，目的是將最可行的三個參與者結合在一起，形成目標幹細胞遞送系統。

當然，這項研究也有一些局限性。作者無法檢查在大鼠模型中幹細胞移植和分化是否在體內有效進行。其次，將單純球狀神經細胞的對照和電磁頭盔本身對腦出血急性期的影響相比，無法探索磁小體樣鐵磁性氧化鐵納米立方體對球狀神經細胞的治療能力的影響。同時，除了運動功能以外，研究人員還需要進行廣泛的行為測試，在體內環境中進行差異化的長期研究以及對其他器官進行栓塞的探索性研究。此外，幹細胞移植或電磁頭盔使用的最佳時機依舊需要研究者進一步探索。

儘管存在著種種局限，本研究中靶向幹細胞遞送系統的概念和結果仍可以為未來相關研究提供啟示。

(本文研究均已獲得首爾國立大學醫院機構審查委員會 (IACUC編號17-0075-C1A0) 的批准。)

Congratulation!

祝賀本文的作者之一Taeghwan Hyeon教授獲得2020科睿唯安化學領域引文桂冠獎(Clarivate Citation Laureates): https://clarivate.com/webofsciencegroup/citation-laureates/chemistry/

參考文獻：

I

1. Cho, M.S.; Kim, S.J.; Ku, S.Y.; Park, J.H.; Lee, H.; Yoo, D.H.; Park, U.C.; Song, S.A.; Choi, Y.M.; Yu, H.G. Generation of retinal pigment epithelial cells from human embryonic stem cell-derived spherical neural masses. Stem Cell Res.2012, 9, 101–109.

2. Lee, N.; Kim, H.; Choi, S.H.; Park, M.; Kim, D.; Kim, H.C.; Choi, Y.; Lin, S.; Kim, B.H.; Jung, H.S.; et al. Magnetosome-like ferrimagnetic iron oxide nanocubes for highly sensitive MRI of single cells and transplanted pancreatic islets. Proc. Natl. Acad. Sci. USA2011, 108, 2662–2667.

3. Oh, S.K.; Kim, H.S.; Ahn, H.J.; Seol, H.W.; Kim, Y.Y.; Park, Y.B.; Yoon, C.J.; Kim, D.W.; Kim, S.H.; Moon, S.Y. Derivation and characterization of new human embryonic stem cell lines: SNUhES1, SNUhES2, and SNUhES3. Stem Cells2005, 23, 211–219.

4. You, S.; Zheng, D.; Delcourt, C.; Sato, S.; Cao, Y.; Zhang, S.; Yang, J.; Wang, X.; Lindley, R.I.; Robinson, T.; et al. Determinants of early versus delayed neurological deterioration in intracerebral hemorrhage. Stroke2019, 50, 1409–1414.

5. Rincon, F.; Mayer, S.A. Novel therapies for intracerebral hemorrhage. Curr. Opin. Crit. Care2004, 10, 94–100.

6. Cai, C.; Grabel, L. Directing the differentiation of embryonic stem cells to neural stem cells. Dev. Dyn.2007, 236, 3255–3266.

International Journal of Molecular Sciences（ISSN: 1422-0067, IF:4.556）創刊於2000年，是國際型開放獲取期刊。期刊主題涵蓋生物化學，分子和細胞生物學，分子生物物理學，分子醫學，以及化學分子研究的各個方面。IJMS採取單盲同行評審，一審周期約為13.4天，文章從接收到發表上線僅需2.2天。(來自2020年上半年期刊統計數據)。