研究背景:创伤性脑损伤(Traumatic brain injury,TBI)是一种复杂的病症,在全球范围内造成较高的致残率和死亡率,带来了巨大的社会经济负担[1]。损伤后表现出一系列的临床症状,这些症状是由于外力的作用,通过外部的机械力量对颅骨及脑组织造成的。创伤性脑损伤的病理生理机制包括血脑屏障的破坏、广泛神经炎症、轴突损伤和随后的神经退行性疾病。迄今为止针对脑外伤的治疗方法包括降低颅内压、营养神经及纠正电解质酸碱失衡以及外科的颅内血肿清除术、去骨瓣减压术等,脑外伤的康复治疗选择包括高压氧治疗、无创脑刺激、任务导向功能性电刺激和行为疗法,但都无法有效修复缺失的神经组织和有效恢复神经功能。神经干细胞(neural stem cells,NSCs)移植是脑损伤的一种新兴的治疗选择。近年来,外源性干细胞移植已被证明能增加内源性细胞增殖和促进大脑的损伤区神经分化,并且,已有研究证明脑损伤灶局部移植神经干细胞能够修复缺损的神经组织[2]。本课题组前期工作通过病理学检测和运动功能检测,可见移植的神经干细胞在损伤局部能够存活并且进一步分化为神经元和星形胶质细胞,并且大鼠的运动功能得到一定程度的改善。但是,具体改善机制为移植细胞替代损伤缺失细胞功能,还是神经功能转移由原有其他部位皮层替代尚不清楚。目的:通过锰离子增强磁共振的方法动态观察NSCs联合水凝胶移植对TBI大鼠损伤灶的治疗作用。应用MRI T2序列观察NSCs联合水凝胶移植后脑损伤灶的组织结构的修复情况,进一步应用锰离子增强磁共振显示活跃脑区的作用进而推测脑功能恢复情况。方法:选择健康成年雄性Sprague Dawley(SD)大鼠作为研究对象,用自由落体打击仪造成大鼠右侧感觉运动皮层(sensorimotorcortex,SMC)的2.0mm压陷的TBI模型,造模过程始终保持硬脑膜的完整,大鼠术后出现脑损伤灶对侧前肢功能减退[3]。移植实验组大鼠在TBI术后7天接受神经干细胞及水凝胶联合移植,尾静脉注射MnCl2·4H2O(Sigmn,USA),电刺激损伤灶对侧前爪,再行磁共振扫描。移植对照组大鼠TBI术后7天接受与移植组等量的单纯水凝胶移植,注射MnC1l24H20、电刺激对侧前爪及MRI检查同第移植实验组;单纯损伤组大鼠仅接受TBI手术,而不进行移植,尾静脉注射MnCl2·4H2O(Sigma,USA),电刺激对侧前爪后行磁共振扫描。T2加权弛豫增强快速采集(rapid acquisition with relaxation enhancement,RARE)序列主要用于识别结构改变,在本实验中用于观察TBI大鼠脑损伤灶的脑组织缺损体积大小,损伤灶周围的水肿、血肿和脑结构的变化。而T1加权RARE序列则是通过信号增强的强弱来显示神经元对MnCl2量摄取的多寡,有活性的神经元在其功能活跃时会摄入锰离子,神经元越活跃,则摄入锰离子的量越多,据此特性可判断移植干细胞治疗后TBI大鼠损伤灶内的神经元活性强弱。结果:在本研究中,我们得到了以下结果:(1)应用磁共振T2序列发现NSCs联合水凝胶移植组大鼠损伤灶脑组织缺损范围在移植后1周明显缩小,在并移植后第2周进入平台期,而水凝胶移植组和单纯损伤组TBI大鼠的损伤灶脑组织缺损范围未观察到明显变化;(2)应用ME-MRIT1序列发现NSCs联合水凝胶移植治疗后损伤灶局部及周边部分脑区信号增高(提示神经元活跃),在移植后第1周信号强度明显升高,之后逐渐下降,而水凝胶移植组和单纯损伤组TBI大鼠损伤灶局部未见有T1信号明显增高表现;(3)NSCs联合水凝胶移植组大鼠运动功能评价发现损伤灶对侧前肢运动功能在移植后第1周有明显改善,在第2周、第3周逐步改善,而水凝胶移植组大鼠和单纯损伤组大鼠未见有明显变化;(4)NSCs联合水凝胶移植组大鼠损伤灶脑组织缺损范围的缩小与损伤灶及周边部分脑区信号的增高(提示神经元功能活跃)在观察的时间节点总体上相对应。结论:(1)应用磁共振T2序列扫描动态观察发现,NSCs联合水凝胶共移植治疗TBI大鼠后损伤灶的脑组织缺损范围缩小,提示脑损伤灶结构得到修复;(2)应用锰离子增强磁共振T1序列扫描动态观察发现,NSCs联合水凝胶共移植治疗TBI大鼠后脑损伤灶周边局部信号增强,反映脑代谢活跃,结合动物行为学评估结果,提示损伤灶局部脑功能得到修复。