來自西北大學的科學家們建造了一個他們稱之為最先進的人類脊髓類器官模型，並利用該模型測試一種先前已能在動物中逆轉癱瘓的再生療法。在這項新研究中，研究團隊從誘導多能幹細胞中培養出微型人類脊髓，然後故意對其進行損傷，以複製創傷性脊髓損傷的主要特徵。這些類器官顯示出細胞死亡、炎症和膠質瘢痕，與人類在嚴重損傷後所發生的情況非常相似。
這是首次研究人員展示人類脊髓類器官能重現密集的膠質瘢痕形成，這些瘢痕會阻礙神經再生。該模型還包括了小膠質細胞，這是中樞神經系統中的免疫細胞，使其比早期版本更加生物學真實。在施加了兩種損傷類型——切割和壓迫性挫傷後，團隊用一種被稱為「舞動分子」的療法治療受損的類器官。結果顯示神經突起顯著增長，並且瘢痕組織顯著減少。
研究的資深作者 Samuel I. Stupp 博士表示，這項工作使研究人員更接近於在人體組織中直接測試療法。「類器官的一個最令人興奮的方面是，我們可以利用它們在人體組織中測試新療法。在沒有臨床試驗的情況下，這是實現該目標的唯一方法。」Stupp 說道。團隊決定在一個人類脊髓類器官中開發兩種不同的損傷模型，並測試他們的療法，以查看結果是否與之前在動物模型中觀察到的相似。
在應用療法後，膠質瘢痕顯著減少，幾乎變得不可檢測，並且神經突起開始生長，類似於在動物中觀察到的軸突再生。「這證明了我們的療法在人體中有效的機會很大。」Stupp 說。
脊髓類器官是實驗室培養的簡化版器官，模擬結構和功能。在這種情況下，脊髓類器官在數月內培養，使其發展出神經元、星形膠質細胞，並且首次在這種模型中出現小膠質細胞。「這是一種擬似器官。」Stupp 表示。「我們是第一個將小膠質細胞引入人類脊髓類器官的研究團隊，這是一個巨大的成就。這意味著我們的類器官擁有所有因應傷害而產生的免疫系統化學物質，這使其成為脊髓損傷更真實、準確的模型。」
在類器官中測試的療法屬於一類超分子治療性肽。它作為液體注射後，迅速形成由納米纖維組成的凝膠，這些納米纖維模擬脊髓的細胞外基質。通過調整這些纖維內分子的運動，團隊旨在改善其與不斷移動的細胞受體的互動。「考慮到細胞及其受體不斷運動，可以想像，運動更快的分子會更頻繁地接觸到這些受體。」Stupp 在 2021 年表示。「如果分子的運動緩慢且不夠活躍，它們可能永遠無法與細胞接觸。」
在早期的動物研究中，嚴重損傷後 24 小時內進行的單次注射使老鼠在數周內恢復行走能力。在類器官實驗中，該療法減輕了炎症、減少了膠質瘢痕並鼓勵神經元有序生長。團隊現在計劃開發更先進的模型，包括模擬長期存在瘢痕組織的慢性脊髓損傷的類器官。研究人員還看到透過從患者自身幹細胞生成脊髓組織的個性化方法的潛力。這項研究發表在《Nature Biomedical Engineering》上。
