穿戴”背包”的细胞可将脑外伤病灶缩小56%

2019 年，全球新增脑外伤病例 2716 万例，现有脑外伤患者 4899 万例。虽然神经炎症对于创伤性脑损伤后立即促进细胞和组织再生非常重要，但长期炎症会导致二次损伤。脑内驻留的巨噬细胞--能在促炎和抗炎状态之间切换的白细胞--和其他免疫细胞的激活会扩大病灶，增加抑郁、感觉运动和记忆障碍以及痴呆等并发症的可能性。

现在，哈佛大学威斯研究所的研究人员已经招募了巨噬细胞来帮助治疗创伤性脑损伤。这些巨噬细胞装有一个充满抗炎分子的微粒子"背包"，能显著减少创伤性脑损伤猪的局部脑部炎症、病灶大小和出血。

该研究的通讯作者之一萨米尔-米特拉戈特里（Samir Mitragotri）说："每年都有数百万人受到创伤性脑损伤，但目前除了控制症状外，还没有其他治疗方法。我们应用了细胞背包技术--我们以前曾用它来改善巨噬细胞对癌症肿瘤的炎症反应--在大脑中进行局部抗炎治疗，这有助于减轻在人体相关模型中导致组织损伤和死亡的一连串失控炎症。"

当脑细胞因创伤性撞击而死亡时，它们会释放出一种鸡尾酒式的促炎细胞因子，吸引免疫细胞来修复损伤。但这些细胞因子也会破坏血脑屏障，导致血液渗入大脑，造成肿胀、供氧障碍和炎症加剧。这是一个出血和损伤的恶性循环，会导致更多的细胞死亡。

根据他们之前为巨噬细胞安装背包的工作，研究人员认为这些背包对创伤性脑损伤可能有效。

该研究的共同第一作者里克-廖（Rick Liao）说："人们普遍认为，抗炎疗法可以有效治疗创伤性脑损伤，但到目前为止，还没有一种疗法被临床证明有效。我们之前对巨噬细胞的研究表明，当它们到达受伤部位时，我们可以利用背包技术有效地引导它们的行为。由于这些细胞已经在人体对创伤性脑损伤的自然免疫反应中发挥了积极作用，我们有一种直觉，我们可以增强这种已有的生物学特性，以减少最初的损伤。"

表面附有背包（红色）的巨噬细胞（蓝绿色）哈佛大学威斯研究所

"细胞背包"由两层外层的地塞米松（一种抗炎类固醇药物）和中间层的IL-4（一种免疫调节细胞因子）组成，外层的地塞米松是聚乳酸（PLGA），中间层的IL-4是聚乙烯醇（PVA）。将地塞米松和 IL-4 结合使用可产生协同抗炎效果。背包的平均直径为 8.2 微米，厚度为 914 纳米，设计用于粘附在巨噬细胞表面。

从骨髓中培养猪巨噬细胞，并将背包附着在巨噬细胞表面，形成背包-巨噬细胞复合物。对脑组织最外层皮层受伤的创伤性脑损伤模型猪进行静脉注射。七天后，在受伤部位观察到的背包巨噬细胞密度高于其他脑区。

与注射生理盐水的猪相比，使用背包巨噬细胞治疗后，大面积病变的总体积减少了56%，出血量也明显减少（73立方毫米对21立方毫米）。出血量与病变体积呈正相关，表明病变在发展过程中的出血量对其影响很大。背负式巨噬细胞可将微小病变体积（评估永久性组织损伤的指标）减少 47%。使用背包治疗的猪的大面积病变也有所减少。

使用背包式巨噬细胞治疗前（左）和治疗后（右）的猪大脑，这种巨噬细胞能显著缩小创伤性脑损伤造成的病变范围 图/哈佛大学威斯研究所Wyss Institute at Harvard University

研究人员分析了接受治疗的猪病灶中的小胶质细胞（大脑损伤修复细胞），发现与生理盐水组相比，促炎标志物 CD80 有所减少。经背包巨噬细胞治疗的猪的外周炎症生物标志物也有所减少。受伤 24 小时后，治疗猪的血清肿瘤坏死因子α（TNF-237A）（炎症反应的主要调节因子）含量为 82.7%，而对照组为 117.5%。受伤后七天，治疗组（75.2%）的血清胶质纤维酸性蛋白（GFAP）低于对照组（158.4%），后者是创伤性脑损伤和神经炎症的诊断和预后生物标志物。

接受治疗的猪的不良事件发生率与接受生理盐水治疗的动物没有差异。在脾脏、肝脏、肾脏和肺部均未观察到因背负式巨噬细胞治疗而引起的中毒症状。

Wyss研究所的创始所长唐纳德-英格伯（Donald Ingber）说："巨噬细胞易受局部环境影响，这在历史上一直阻碍着科学家充分利用它们的免疫调节能力。这项令人印象深刻的研究描述了一种以巨噬细胞为基础的真正新颖且具有潜在威力的疗法，它能以一种有效且非侵入性的方式治疗炎症，而炎症正是导致人类如此多疾病的根源，它与生物学协同作用，而不是对抗生物学。

这项研究发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS Nexus）杂志上。