脊髓损伤会产生严重的功能障碍，甚至导致死亡。脊髓全横断后，损伤平面以下的感觉和运动功能将会丧失，是最严重的脊髓损伤类型。脊髓全横断损伤后神经及行为学功能的修复是目前再生医学领域面临的最具挑战性的难题之一。
许多早期研究发现，啮齿类动物在脊髓全横断损伤后会有一定程度的自发运动功能恢复，许多治疗方案也能进一步提升运动功能恢复水平。但是大动物脊髓全横断损伤后自发运动功能恢复的特征和相关机制却并不太明确。此外，戴建武研究团队近期的比格犬脊髓全横断损伤模型的研究结果均表明功能支架材料移植也可以有效提升大动物运动功能，然而不同的功能支架材料移植是否通过类似的神经再生机制来促进运动功能提升却并不清楚。
最近，戴建医院神经外科合作，通过在犬T8节段分别离断0.5和1厘米的脊髓组织，制备了两种损伤距离的全横断模型。研究结果显示，上述两种脊髓全横断损伤的犬术后均可检测到后肢自发运动功能恢复，自发恢复水平在术后3-4个月达到平台期。此后，损伤动物可长时间维持其后肢运动功能处于该恢复水平。
在犬的运动自发恢复水平达到平台期后，团队重新手术完全离断损伤区，发现损伤区再离断并不能降低或消除犬后肢已自发获得的运动功能恢复水平。该结果暗示，0.5至1厘米脊髓全横断损伤犬均能在相近的时间段内自发获得部分后肢运动功能恢复，该自发运动功能恢复水平并不需要损伤区两个断端之间的神经连接，此外，一旦获得自发运动功能恢复，重新离断损伤区并不会对其造成削弱或影响。
图不同功能支架材料治疗两种犬脊髓全横断损伤模型及其各自发与治疗提升的行为学恢复的特征
此外，在犬自发运动功能恢复到达平台期后，团队通过手术清除其损伤区内瘢痕组织，并分别在两种全横断模型犬的损伤部位移植修饰有间充质干细胞或紫杉醇的胶原支架材料。结果显示，移植了上述功能支架材料的犬均能观察到进一步的运动功能提升，并分别在术后2-3个月内达到后肢最佳运动功能恢复水平（如上图所示）。而如果将这些犬通过手术重新离断损伤区，结果发现其运动功能在损伤区重新离断后均立刻下降，但并未完全消失，而是分别降低至其各自的自发恢复对照组犬相应的水平。上述结果暗示，由功能支架材料移植所提升的犬后肢运动功能恢复需要损伤区两个断端重新形成某种神经连接。但具体是何种连接，需要进一步确认。此外，该结果也再次证实自发运动功能恢复水平一旦获得便不会因重新切割损伤区而有所影响。
接下来，团队又检测了不同功能支架材料移植的犬在各自损伤区内到底再生形成了何种神经连接从而介导了后肢运动功能水平的提升。通过示踪检测治疗组犬损伤区内与后肢随意运动最相关的皮质脊髓束（corticospinaltract,CST）的再生情况，发现所有治疗组的犬在其损伤区内均无法检测到皮质脊髓束能跨越损伤区，免疫荧光染色的结果也显示，治疗组犬损伤区内另一与运动功能相关的5-HT阳性的神经纤维也不能再生跨越损伤区。
随后，团队进一步检测了损伤区内的神经元再生情况，发现功能支架材料移植组犬损伤区内MAP2阳性的成熟神经元数量要显著高于对照组和单纯支架移植组犬。而且这些再生的成熟神经元能在损伤区内实现髓鞘化和突触连接。这表明，两类功能支架材料移植均可以有效重塑脊髓全横断后形成的损伤微环境，并可促进内源性神经元在损伤区内再生，在损伤区内实现神经网络重建，并最终实现脊髓全横断损伤后运动功能提升。
上述研究近期已于Biomaterials杂志正式发表。该研究结果表明，戴建武再生医学研究团队近十多年来致力于通过功能生物支架材料的研发及其特异性修饰后重塑脊髓损伤微环境，并努力尝试通过上述功能支架材料引导和驯化内源性神经干细胞的迁移，存活及定向神经元分化、成熟及功能化并最终实现脊髓全横断损伤后运动功能改善是一条行之有效且具有临床应用潜力的修复之路。
医院神经外科刘定阳博士为本文第一作者，中南大学医院器官损伤衰老与再生医学湖南省重点实验室李星副研究员，中南大学医院神经外科蒋星*教授和中国科学院遗传与发育生物学研究所戴建武研究员为共同通讯作者。文章受到中国科学院重点部署项目（资助号：ZDRW-ZS--2）及国家重大研发计划（资助号：YFC）的资助。戳下面的阅读原文，查看文章全文！编辑：李佳音
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