对于哺乳动物来说，严重的脊髓损伤后是无法自然再生。而将干细胞移植到受伤位点则被认为是颇具前景的人为修复方法，但这一方法严重依赖于位点和递送材料提供的微环境支持。尽管目前相关递送材料的力学性质、生物相容性和生物可降解性得到了广泛的研究和探索，但对材料渗透性几乎还没有完整深入的认知。

首都医科大学Songbai Cui、亚利桑那州立大学颜颢和清华大学刘冬生等人联合设计了一种具有极高渗透能力的DNA水凝胶，可在大鼠模型上成功修复2毫米水平的脊髓间隙。经过治疗的大鼠能够恢复基本的后肢功能，同时移植干细胞和内源干细胞的增殖和分化也能够形成新生神经网络。这一水凝胶系统在临床试验中展现出了巨大的潜力，并且还有望应用到其他组织再生领域。相关工作以“Highly Permeable DNA Supramolecular Hydrogel Promotes Neurogenesis and Functional Recovery after Completely Transected Spinal Cord Injury”为题发表在Advanced Materials。

【文章要点】

一、水凝胶的设计及其渗透性

水凝胶渗透性主要取决于聚合物网络网格尺寸，更小的网格尺寸更有可能与扩散通过网络的分子进行相互作用。为了避免形成小尺寸的网格结构，在这项研究中作者设计了一种完全的DNA双螺旋分子网络。在这一水凝胶中，交联点之间的距离大约在20纳米左右；由于DNA双螺旋的长度在50纳米左右，作者认为水凝胶分支的DNA边缘相对较硬，并导致水凝胶中几乎不存在小尺寸的网格结构（图1）。为了验证水凝胶的渗透性，作者利用链霉亲和素作为探针分子研究了其在水凝胶中的扩散。检测发现，DNA超分子水凝胶的扩散指数（0.74）比PAA水凝胶（0.54）的还要高，表明动态DNA水凝胶更有利于神经相关生长因子等蛋白质的扩散和渗透。

图1 DNA超分子水凝胶在受伤位点支持新生神经网络形成

二、活体功能恢复

作者随后将神经干细胞装载进DNA水凝胶中，评价了其在活体中的治疗功能。在术后8周，治疗组的运动功能评分BBB可达到8。对运动功能恢复进行电生理评价发现，大鼠治疗后的后肢运动诱发电位（MEP）信号振幅可达到0.5mV左右，这表明脊髓导电率正在恢复（图2）。

图2 活体功能恢复研究

三、移植神经干细胞的增殖和分化

研究又进一步检测了DNA水凝胶-表达GFP的神经干细胞系统在组织再生中的功能。研究发现，移植手术两周后，受伤病变位点充满了细胞，并且移植材料中的细胞并非都表达GFP，这表明移植材料能够为细胞的存活、增殖和分化提供了良好的环境。

图3 神经干细胞的存活、迁移和增殖