普度大学兽医学院瘫痪研究中心的Richard Borgens及其同事拥有发明治疗神经损伤的疗法的强有力的记录。从改善多发硬化症患者行走的Ampyra到脊髓损伤受害者的脊髓模拟器，Borgens一直从事开发直接影响患者及其生活质量的疗法。另一个目前正在接受测试的疗法是使用聚乙二醇（PEG）封闭和修复受损的脊髓神经细胞。通过修复受损的神经细胞膜，Borgens和他的研究组可以恢复脊髓向大脑传导信号的能力。然而，这存在一个可能的临床缺点：PEG的分解产物可能有毒性。有没有一种生物可降解的无毒化合物能够同样有效地有针对性地修复受损的神经细胞膜？Borgens与生理学家Riyi Shi和化学家Youngnam Cho合作，Cho曾指出了一些糖有能力针对受损的细胞膜起作用。他们能够发现效果和PEG一样的恢复脊髓活动的糖吗？Borgens和他的研究组在2010年4月16日出版的《实验生物学杂志》了他们的发现，即壳聚糖可以修复受损的神经细胞膜。
Cho最初测试了甘露糖，结果发现它不能修复脊髓神经细胞膜，他决定测试一种经过修改的几丁质。几丁质是见于甲壳纲动物的壳的最常见的一种糖。把几丁质转化成壳聚糖之后，Cho分离出了一段豚鼠的脊髓，压缩了一部分，应用了这种经过修改的几丁质，然后加入了一种荧光染色剂，后者只能通过受损的细胞膜进入这些细胞。如果壳聚糖修复了受损的膜，那么脊髓组织就不会被染色，但是如果壳聚糖失败了，脊髓神经元就会被这种荧光染料充满。Cho在显微镜下观察了脊髓的一段，结果惊奇地发现这段脊髓完全是暗的。没有染料进入神经细胞。壳聚糖修复了受损的细胞膜。
接下来，Cho测试了一份壳聚糖是否能够防止大分子从受损的脊髓细胞中泄漏出来。在测试了巨大的乳酸脱氢酶（LDH）是否存在之后，Borgens承认他吃惊地发现接受壳聚糖治疗的脊髓的LDH泄漏浓度低于未受损的脊髓。这种糖不仅修复了受压缩的位置，而且还修复了因为操作而导致细胞膜破损的其他地点。 当他们测试了有害的活性氧（ROS，当产生ATP的线粒体受损之后释放出了它们）是否存在的时候，他们发现向受损组织使用了壳聚糖之后，ROS的浓度也下降了：壳聚糖可能既修复了神经细胞膜，又修复了线粒体膜。
但是壳聚糖能够修复脊髓通过受损区域向大脑传导电信号的能力吗？他们测量了大脑对豚鼠后腿产生的神经信号的反应，结果发现这些信号无法通过受损的脊髓而到达大脑。然而，在向这些动物注射壳聚糖之后的30分钟，这些信号神奇地到达了它们的大脑。壳聚糖有能力修复受损的脊髓，从而让它能够把动物身体的信号传递给大脑。
Borgens对于这项壳聚糖有能力定位并修复受损脊髓组织的发现极为兴奋，而且他对于壳聚糖的纳米颗粒可能有针对性地直接向受损区域供给神经保护药物的“双重收益”的前景更加充满热情。
推荐原文出处：
Journal of Experimental Biology 213, 1513-1520 (2010） doi: 10.1242/jeb.035162
Chitosan produces potent neuroprotection and physiological recovery following traumatic spinal cord injury
Youngnam Cho1,*, Riyi Shi1,2 and Richard B. Borgens1,2
Chitosan, a non-toxic biodegradable polycationic polymer with low immunogenicity, has been extensively investigated in various biomedical applications. In this work, chitosan has been demonstrated to seal compromised nerve cell membranes thus serving as a potent neuroprotector following acute spinal cord trauma. Topical application of chitosan after complete transection or compression of the guinea pig spinal cord facilitated sealing of neuronal membranes in ex vivo tests, and restored the conduction of nerve impulses through the length of spinal cords in vivo, using somatosensory evoked potential recordings. Moreover, chitosan preferentially targeted damaged tissues, served as a suppressor of reactive oxygen species (free radical) generation, and the resultant lipid peroxidation of membranes, as shown in ex vivo spinal cord samples. These findings suggest a novel medical approach to reduce the catastrophic loss of behavior after acute spinal cord and brain injury.
