因脊髓損傷而喪失運動能力的小鼠，能否重新恢復行走？在蘇黎世聯邦理工學院高級研究員葉皓作為第一作者發表于 Nature Materials 的最新研究中，團隊給出了一個令人關注的答案。

他告訴 DeepTech，在實驗中，脊髓完全橫斷后的小鼠后肢幾乎失去自主運動能力，只能依靠前肢拖動身體。經過 NPCbot 治療約 4 周后，小鼠開始表現出明顯的運動功能恢復。即使它的步態遠未達到正常水平，但已經能夠重新產生可觀察的后肢步進動作。“看到它重新邁出步子的時候，實驗室里所有人都安靜了下來。”回憶起那一刻，葉皓仍然印象深刻。

而這背后得益于他們給這只小鼠注射了一種叫 NPCbot 的微型機器人，這款微型機器人其實是一種活生生的神經祖細胞，它的外面裹著納米顆粒，可以被磁場加以引導和操控。

在人類醫學領域，脊髓損傷患者等了治療希望已經等了太久。最著名的例子是《超人》演員克里斯托弗·里夫，他從馬背上摔下來之后頸部以下癱瘓，后來他的余生都在推動干細胞研究。事實上，目前臨床上仍缺乏能夠穩定實現神經功能重建的有效修復手段，這是因為中樞神經元的再生能力極差，而被移植進去的細胞很難存活，更別提按指令分化了。

基于這一問題，葉皓所在團隊嘗試給細胞裝上導航和開關。這類患者的損傷部位在脊柱里，位置往往很深，周圍都是骨頭和軟組織。傳統細胞移植面臨細胞在損傷區域滯留不足、存活率有限以及分化方向難以控制等問題。

葉皓和同事們使用了一種磁電納米粒子，它的核心是鈷鐵氧體，外殼是鈦酸鋇。當這兩種材料組合在一起后，納米粒子一方面可以響應磁場用于磁引導，另一方面可以在交變磁場刺激下產生局部電信號，從而促進細胞分化。

研究中，他們把這些納米粒子附著在人類神經祖細胞的表面，神經祖細胞是一類具有神經譜系分化潛能的前體細胞，能夠進一步分化為神經元或星形膠質細胞等細胞類型。他們還使用了微流控芯片，像流水線一樣把細胞和納米粒子組裝了起來，其中一個芯片就能同時制造大量 NPCbot，整個過程下來不過 40 分鐘，細胞存活率超過 85%。

而在體外施加交變磁場時，納米粒子會把磁場信號轉化為局部電場。這個電場起到了一雙手的作用，它能夠輕輕推細胞一把，告訴它該往神經細胞的方向進行分化了。βIII-tubulin 和 MAP2 是常用的神經元分化標志。免疫熒光結果顯示，AMF 刺激后 NPCbot 組這兩種標志物的平均熒光強度分別提高約 35.3 倍和 28.0 倍。

據了解，小鼠的脊髓被切斷了 2 毫米，在以前這個缺口是神經纖維無法跨越的鴻溝。但在本次研究之中，在手術 7 天之后葉皓等人把 NPCbot 注射到損傷部位，與此同時利用外部磁場引導細胞定植在缺口里面。在接下來兩周里，他們每天都施加了 30 分鐘的交變磁場。

（來源：Nature Materials）

第 21 天的時候，小鼠的后腿開始動了。第 34 天的時候，小鼠能在跑道上留下清晰的腳印，步長也明顯長于未經治療的小鼠。Basso 小鼠量表（Basso Mouse Scale，BMS）評分從損傷組約 0.7 提高到 NPCbot 組約 3.9，3.9 分說明小鼠從幾乎無有效后肢運動恢復到出現明顯后肢活動、步態改善和部分足底著地能力，這一結果代表顯著運動功能改善。

另據悉，葉皓和同事也在斑馬魚身上驗證了效果。由于斑馬魚是透明的，因此可以在顯微鏡下直接觀察細胞的行為。研究中，他們在 2 天大的斑馬魚幼蟲背部脊髓做了切口，借此切斷了神經束。然后，在注射 NPCbot 之后，每天都給其施加 2 小時的交變磁場。

第 3 天的時候，治療組的斑馬魚開始已經能夠在 96 孔板里快速游動，并且游動速度和健康魚差不多。而那些沒有接受治療的斑馬魚活動范圍明顯受限，游動速度和距離顯著下降。葉皓等人還使用 Zebrabox 系統記錄了斑馬魚的軌跡，結果發現治療組的斑馬魚沿著孔壁繞圈，其實這是一種探索行為，這說明它們的感官和運動回路得到顯著提升。

在顯微鏡下，葉皓和同事還觀察到，GFAP 陽性星形膠質細胞相關信號在損傷部位增強，并呈現出類似橋梁的結構。與此同時，由乙酰化微管蛋白標記的神經突起從損傷缺口兩側向中間延伸，顯示出神經連接重建的趨勢。

共定位分析顯示，NPCbot 標記信號與 GFAP 陽性組織信號的空間共定位增加約 2.6 倍，Pearson 相關系數約提高 2 倍，提示 NPCbots 與損傷區域組織之間存在更強的空間關聯和整合趨勢。這說明 NPCbots 不僅能夠在磁場刺激下發生分化，也可能促進損傷微環境中的宿主細胞反應和組織修復過程。

其實，納米顆粒不僅可以參與調控分化，也可能幫助細胞在損傷部位更好地定位和整合。要知道，損傷部位的環境非常復雜，炎癥反應強，血供和營養支持也較差，這些都會限制移植細胞的存活和功能發揮。

而 NPCbot 表面的納米顆粒可能通過磁引導和局部電信號作用，增強細胞在損傷區域的滯留和分化效果。不過背后的具體機制還在研究中，葉皓在采訪里說這一成果離臨床應用還有很多工作要做。

據介紹，本次論文的通訊作者包括蘇黎世聯邦理工學院的 Bradley Nelson 教授和 Salvador Pané 教授。團隊長期從事磁性微型機器人、多功能微納材料及其生物醫學應用研究。葉皓此前就讀于沈陽藥科大學八年制本碩博連讀項目，專業方向為藥劑學，后來逐漸轉向交叉學科遞送系統研究。

他在采訪中提到，傳統細胞療法在很大程度上仍像把種子撒入土壤，細胞能否在目標位置存活、分化并發揮作用，往往受到復雜體內環境的限制。而他的思路，是為這些“種子”配上導航系統和可調控的微環境，讓細胞盡可能在該到達的位置停留，并在合適的時間啟動分化和修復過程。

總的來說，此次癱瘓小鼠重新出現后肢步進動作，確實是一個令人振奮的結果。過去幾十年里，脊髓損傷修復一直是再生醫學中的重大難題。

從細胞移植到生物材料支架，從神經營養因子到電刺激，科學家們已經探索了多種治療路徑，其中不少方向也已進入臨床研究階段，但目前仍缺乏能夠穩定、廣泛應用并實現可靠功能重建的治療方案。

葉皓等人打造的 NPCbot 的獨特之處在于，將磁導航和磁電刺激整合進細胞治療平臺，從而增強細胞在損傷區域的定位能力，誘導神經譜系分化，并促進其與宿主組織的整合。

（來源：Nature Materials）

其實，科技史上也有很多這種例子，即把復雜的系統工程拆成簡單模塊，然后再重新組裝。葉皓的工作本質上是在做同樣的事，那就是把細胞療法從不可控走向更加可控。

眼下，實驗數據還局限在嚙齒類和魚類模型，要想推向人類患者，還需要在靈長類動物身上驗證，此外還得解決規模化制備和長期安全性的問題。而納米粒子在體內是否會長期滯留、如何清除、是否會引起慢性毒性或免疫反應，這些都是繞不過去的問題。此外，葉皓下一步的計劃還包括優化磁場參數、開發實時成像追蹤系統，以及建立標準化的生產工藝等。

參考資料：

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https://www.nature.com/articles/s41563-026-02625-3

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注：封面/首圖由 AI 輔助生成