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汤耀辉:脑海深处的修复卫士

来源:《中国高新科技》期刊社    时间:2021-01-21    

  卒中是脑中风的学名,又叫脑血管意外,是一种突然起病的脑血液循环障碍性疾病。临床表现为一次性或永久性脑功能障碍的症状和体征。卒中分为缺血性卒中和出血性卒中。目前,卒中已成为世界人口的第二大死因,仅次于缺血性心脏病。中国每年新发卒中患者约200万人,卒中是单病种致残率最高的疾病,具有高发病率、高死亡率和高致残率的特点,给社会、家庭和患者带来沉重的负担和巨大的痛苦。脑海深处,探无止境。上海交通大学生物医学工程学院长聘教轨助理教授、科技部国家重点研发计划首席青年科学家汤耀辉带领团队,长期从事脑血管病的发病机制研究,特别是干细胞及外泌体对卒中的治疗、生物材料对卒中大脑功能的修复研究,深耕细作,显著提升了我国脑血管病临床研究在国际上的地位和影响力。

  别样精彩的卒中治疗新举措

  人的一生可以悠然漫长,数十载寒暑易节倏忽而往;人的一生也可以在转瞬之间命若游丝,短促到分秒必争。与死神赛跑的博弈,正是医学科研工作者的“生死场”中每天都在上演的人间悲喜剧。汤耀辉认为,如果没有创新,医学就会永远停留在过去的水平线。汤耀辉于2014年获得上海交通大学生物医学工程学院博士学位。2014—2018年先后在德国马克思普朗克研究所、美国斯坦福大学从事博士后研究。在斯坦福大学3年的博士后学习中,汤耀辉用明胶和聚乙二醇研制了一种以微缎带(microribbon,μRB)为基本模块的不同硬度、不同直径的水凝胶支架材料。

  该水凝胶具有良好的生物相容性、可注射性、大孔径以及合适的理化性质,从而能够维持细胞功能。同时,该材料结合了水凝胶的可注射性、包被细胞的简易性以及支架材料的大孔径等优势,可有效促进脂肪干细胞的存活和增殖,并且其可携带缓释促骨生长因子BMP-2,与脂肪干细胞协同促进骨再生。汤耀辉的研究成果发表在Theranostics杂志,并且在2017年的国际生物医学工程年会上做大会口头报告。此外,通过进一步改善改材料的理化性质,进一步制备了可负载脂肪的明胶微缎带样水凝胶,并促进了脂肪移植后的存活,该研究在第63届整形外科年会上做大会口头报告。

  汤耀辉通过向卒中大鼠移植神经干细胞和血管祖细胞,发现其能减轻卒中引起的包括神经元、胶质细胞和血管细胞(内皮、周细胞和血管平滑肌细胞)的损伤,增强神经血管修复能力,促进机体神经功能恢复,为卒中提供了更有效的治疗策略。此外,通过向老年缺血大鼠移植神经干细胞,发现神经干细胞能够存活并分化,移植的神经干细胞能够存活并且分化为星形胶质细胞和神经元,促进老年缺血大鼠神经功能的修复,为干细胞疗法向临床转化提供了理论依据。汤耀辉将磁性铁纳米颗粒(NPs)嵌入到涂覆有两层二氧化硅的聚苯乙烯支架和用于示踪的荧光染料罗丹明夹层中,研发了具有高磁共振(MR)成像和荧光成像的纳米团簇,用于对移植到缺血小鼠脑中的MSC和NSCs进行标记示踪。汤耀辉的研究结果表明,这种荧光磁性铁纳米团簇具有极高的细胞标记效率,而且并没有对MSC的活性、功能产生任何不利的影响,使其成为示踪干细胞的安全、有效的材料。

  在进一步的工作中,汤耀辉通过在超顺磁性氧化铁颗粒表面进行碘125修饰,制备了可同时用于荧光、磁共振和SPECT/CT成像的多功能探针,可对移植到卒中大鼠的干细胞进行活体实时半定量示踪,克服了单一成像模式的缺陷。汤耀辉将2型小胶质细胞的外泌体通过静脉注射移植到了缺血小鼠体内,发现其可通过miR-124减少神经元的凋亡,减少了脑损伤。此外,2型小胶质细胞外泌体的移植显著减少了慢性期胶质瘢痕的形成,进一步促进了机体神经功能的修复,为卒中的治疗提供了新的策略。汤耀辉发现腺相关病毒、慢病毒作为载体将各种营养因子增加了血管再生和神经再生,促进了机体功能修复。此外,汤耀辉最新的研究发现注射载有miR-126的慢病毒能够通过调控PTPN9促进血管新生,从而促进缺血机体神经功能的修复,为卒中的基因治疗提供了有效的策略。

  聚焦临床的卒中科研之路

  目前,我国卒中防治面临着很艰巨的任务。虽然我国卒中防治取得了很多进展,但是远远没有达到很好的防治效果,这也是为什么我国卒中的发生率和复发率依然在上升。回国后的汤耀辉主要基于基因治疗、干细胞治疗、外泌体治疗和组织工程对缺血性卒中进行脑组织修复和功能重建的研究。在缺血性卒中动物模型中,通过移植间充质干细胞、神经干细胞、血管祖细胞等对卒中的治疗和机制进行了系统的研究,同时研发了多功能纳米探针,实现了干细胞的体内活体示踪。

  汤耀辉分离培养了间充质干细胞、神经干细胞和血管祖细胞,评价了其对缺血性卒中的治疗效率。基于磁性铁纳米颗粒研发了高磁共振敏感荧光磁性铁纳米团簇,用于对移植到缺血小鼠脑中的间充质干细胞和神经干细胞进行标记示踪。通过移植小胶质细胞外泌体促进卒中后神经元的存活,进而促进卒中机体神经功能修复。基于上述研究,汤耀辉发表SCI论文30篇。在脑卒中、干细胞治疗、组织工程方面发表著作章节4篇。获得卫生部优秀论文三等奖、国际脑血流代谢青年科学家访问奖学金(2次)、“中国卒中学会优秀科技工作者”称号。

  汤耀辉表示基于基因治疗、干细胞治疗、外泌体治疗和组织工程对缺血性卒中进行脑组织修复和功能重建的研究还有很大的提升空间。另外,临床上还缺乏有益于卒中的基因治疗举措,也没有预防卒中的药物。所以,他认为科研工作者还需要奋力探索卒中领域源头性、根本性、奠基性、带动全局性和具有普遍性的重大科学问题。

  在悬壶济世的生涯中,汤耀辉常常感觉到个体的渺小,他更感到作为科研工作者之所以能够享受自豪和快乐往往源自于治病救人的新举措。而生命科学中许多未知的领域正是鞭策自己不断进步的动力。汤耀辉说:“人,最重要的就是精神世界,只有高尚的精神世界才能推动我们去从事伟大的事业。高尚的精神世界可以使得我们脱离琐碎庸俗的境界,让我们保有一颗淡泊明志和宁静致远的初心。”汤耀辉觉得自己能投身于卒中科研和卒中防止举措创新,就是一种淡泊和宁静的幸福。

  撰稿:萧 斌

  本文刊发于《中国高新科技》杂志2020年第19期

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