在中枢神经系统(CNS)中，神经再生受到严重阻碍，使得脊髓损伤(SCI)等病变的恢复极其困难，也是再生医学面临的最大挑战之一。到目前为止，还没有有效的治疗方法来逆转脊髓损伤。

脊髓损伤后非常有限的神经再生主要受到包含不同细胞碎片(由原发损伤引起的细胞立即死亡造成)和炎症细胞的瘢痕(胶质瘢痕)形成的阻碍。这导致在病变部位的抑制分子的积累，不仅阻碍神经再生，而且有助于进一步的神经变性。因此，脊髓损伤后激活的不同抑制分子通路可以调节以抵消其对再生的负面影响。

反义寡核苷酸(ASO)是一种寡核苷酸治疗剂(或更广泛地说，RNA治疗剂)，它可以通过诱导RNA降解，通过特定的基因表达沉默来实现对不同分子或分子途径的有效抑制。这些药物对中枢神经系统特别有吸引力，因为它们具有非常特异性和持久的活性，而且毒性低。

图1所示。纤维蛋白原终浓度为14mg /mL，含1% (w/w) fitc -纤维蛋白原(FITC-Fib;在没有或存在荧光标记的Cy5-AONs(红色)的情况下。A)对应纤维蛋白凝胶共聚焦叠加图像具有代表性的最大z轴投影。观察到Cy5-AONs与纤维蛋白纤维(FITC-Fib)完全关联(共定位)。比例尺:10µm。改编自:Moreno PMD, Rodrigues T, Torrado M, Amaral IF, Pêgo AP。水凝胶系统介导的反义寡核苷酸传递:在脊髓损伤背景下的体外和体内应用。方法:中华医学杂志2019;2036:205-19;经美国基因与细胞治疗学会许可使用。

一种进一步的研究方法是在损伤部位应用生物材料，这种材料可以桥接损伤部位，不仅提供物理支持，而且为轴突/神经再生提供一个允许的环境。

在我们的工作中，我们探索了两种方法的结合，使用纤维蛋白(一种参与血液凝固的天然人类蛋白质)来创造一种基于生物材料的水凝胶，这种水凝胶能够储存ASOs，然后可以局部应用于损伤部位。为了研究这一系统，我们使用了两种模型:体外背根神经节外植体培养和体内脊髓损伤模型系统，其中制作了大鼠脊髓的半切面(部分脊髓损伤允许重新创建损伤，其中一些组织未受影响，仍然可以影响恢复的结果)。含有ASOs的纤维蛋白水凝胶的生产是一个简单的过程，包括适当数量的纤维蛋白原和寡核苷酸的顺序混合，然后加入凝血酶溶液，CaCl₂以及启动凝胶化过程的抑蛋白。

我们证明了ASOs与凝胶化后形成的纤维蛋白网络有物理联系。这表明这些凝胶可以为稍后的局部持续递送提供极好的寡核苷酸局部储存库(图1)。我们在体内大鼠脊髓损伤模型中进一步证明，这种含aso的水凝胶可以在凝胶化前特异性应用，以更好地填充病变形成的空洞(脊髓部分切片区域)。此外，为了进一步增加损伤部位的AONs释放量，我们使用了一种预聚合的含有aso的水凝胶，可以直接放置在预填充的病变上。

通过这种水凝胶系统，我们观察到寡核苷酸的广泛释放和扩散，不仅在病变中心，而且延伸了一段距离到病变部位的吻侧和尾侧。最重要的是，在我们的模型系统中，我们可以证明由释放的ASOs介导的有效反义活性，实现内源性靶基因的强下调，用作概念验证(图2)。

图2所示。局部应用于损伤脊髓的基因沉默水凝胶系统(大鼠脊髓半切模型系统)综述。(A)受损脊髓中基因靶点局部下调的aon -水凝胶系统示意图。(B)局部应用负载aon的纤维蛋白凝胶递送系统后LNA aon的功能活性，评估病变后5天。不加AONs的纤维蛋白凝胶用于对照组大鼠(CTRL)的病变。抗GFP或荧光素酶的LNA AONs (LNA6424-GFP和LNA6422-Luc)也被用作额外的对照。采用qRT-PCR技术相对定量GSK3β RNA水平。上述箱形图的值表示GSK3β表达水平为相对平均百分比。误差条表示最小-最大值(min-max)，中位数为直线(对照，n = 9;LNA6624, n = 11; LNA6424, n = 11; LNA6422, n = 7). One-way ANOVA, with Tukey multiple comparison, was used for statistical analysis (***p < 0.001, ****p < 0.0001; n.s., not significant). Adapted from: Moreno PMD, Rodrigues T, Torrado M, Amaral IF, Pêgo AP. Delivery of Antisense Oligonucleotides Mediated by a Hydrogel System: In Vitro and In Vivo Application in the Context of Spinal Cord Injury. Methods Mol Biol 2019;2036:205–19; used with permission from the American Society of Gene & Cell Therapy.

最后，这些结果表明，所提出的含有ASO的纤维蛋白基水凝胶具有发挥组合促再生作用的潜力，其中生物材料(水凝胶)为细胞浸润和轴突再生提供了一个允许的支架，通过调节细胞内ASO作用实现的细胞基因表达来维持。

佩德罗·莫雷诺^1、2，Ana P. Pêgo^{1、2、3、4
1}i3S -波尔图大学，葡萄牙波尔图4200-135,Instituto de investigato a o e inov o em Saúde
²INEB -葡萄牙波尔图大学生物化学研究所，波尔图4200-135
^3.波尔图大学工程学院，波尔图4200-465，葡萄牙
⁴Ciências阿贝尔萨拉查生物化学研究所(ICBAS)，波尔图大学，4050-313波尔图，葡萄牙

出版

水凝胶系统介导的反义寡核苷酸传递:在脊髓损伤背景下的体外和体内应用
Pedro M D Moreno, Teresa Rodrigues, Marília Torrado, Isabel F Amaral, Ana P Pêgo
方法Mol Biol. 2019

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