《Bioengineering & Translational Medicine》：An ex vivo injury model perfused with whole blood reveals rapid mechanical and transcriptional changes within the spinal cord
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本研究为解决脊髓损伤(SCI)后二次损伤的起始时间与早期机制不明确的问题，开发了一种新型的、用全血灌注的牛离体脊髓压伤模型。该研究首次揭示了SCI后数分钟至半小时内即发生血脊髓屏障(BSCB)破坏、组织软化（弹性模量下降）以及转录组学变化，强调了炎症反应与细胞外基质(ECM)重塑在二次损伤早期的作用，为理解损伤病理和干预时间窗提供了新平台。
想象一下，一次突如其来的车祸或坠落，不仅瞬间对脊髓造成“原发伤”，随之而来的、在数小时甚至数天内持续演变的“二次伤害”，才是导致神经功能难以恢复的主要元凶。这包括了血流中断、血脊髓屏障破裂、以及复杂的炎症和生化级联反应。然而，一个关键的科学谜题始终悬而未决：这些可怕的二次损伤过程，究竟是在受伤后多久开始的？是几个小时，还是仅仅几分钟？传统的体内实验难以在损伤后立即进行高精度组织测量，而现有的离体模型又无法模拟至关重要的血液灌注过程。为了捕捉这稍纵即逝的“伤害开端”，研究人员迫切需要一个新的、能“实时”观测损伤初期变化的工具。
为此，Luis D. Morales、Peter A. Galie及其团队在《Bioengineering & Translational Medicine》期刊上发表研究，他们巧妙地利用屠宰后获得的牛脊髓，建立了一种革命性的、用全血灌注的离体压伤模型。这个模型就像一个微缩的、可操控的“体外脊髓循环系统”，不仅能模拟真实的创伤，还能让血液持续流经脊髓血管，从而前所未有地贴近体内真实情况。研究人员利用这个平台，在损伤后几分钟到一小时内，对脊髓组织进行了“全身检查”，包括用激光观测表面血流、用显微镜查看血管渗漏、用机械探针测试组织软硬，甚至分析了基因活动的变化。
研究结果令人震惊，它清晰地描绘了一幅损伤后极早期（分钟级）的“灾难现场”画面：
3.1 离体模型验证：研究首先证实，通过向前脊髓动脉灌注，可以使染料和大分子物质成功进入脊髓实质的微血管网，证明该离体系统能有效模拟体内的血液灌注过程。
3.2 测量损伤后软膜血管灌注：利用激光散斑对比成像(LSCI)技术，研究人员发现，受伤的脊髓节段在损伤后出现了明显的低灌注，即血流减少，并且这种低灌注的程度随时间推移而加深。这再现了在体研究中观察到的脊髓损伤后早期缺血现象。
3.3 微血管完整性的免疫组化评估：通过向灌注血液中加入伊文思蓝染料，研究人员直观地看到了血脊髓屏障(BSCB)的破坏。损伤后仅5分钟，染料就开始从血管中渗出到周围组织中，且在60分钟内持续存在。同时，损伤组织中出现更多被激活的小胶质细胞/巨噬细胞标记物ED-1，表明炎症反应在损伤后极早期已被触发。
3.4 损伤后的机械性能变化：这是该研究最关键的发现之一。通过压痕测试和赫兹接触理论计算弹性模量，他们发现，用全血灌注的损伤脊髓，其组织在伤后30分钟就开始显著变软（弹性模量下降约24%），到60分钟时，软化程度加剧至约41%。而作为对照，用仅含红细胞的生理盐水悬浮液灌注的损伤脊髓，则几乎没有出现软化。这强有力的证明，血液中的白细胞和血浆蛋白是导致损伤早期组织机械性能恶化的关键因素。
3.5 损伤后的转录组变化：对损伤后仅15分钟的脊髓组织进行RNA测序分析发现，基因表达已发生显著改变。与炎症和免疫反应相关的通路，特别是肿瘤坏死因子α(TNFα)信号通路，是伤后最富集的通路。同时，一些与细胞外基质(ECM)相关的通路（如成纤维细胞生长因子FGF信号）也发生改变。值得注意的是，与神经元功能相关的基因（如GAP43、RBFOX3）表达下调，暗示神经元损伤或功能失调在极早期就已发生。而牛主要组织相容性复合体(BOLA) II类基因的差异表达，进一步证实了异质性免疫反应的快速启动。
研究结论与意义：这项研究首次明确揭示，脊髓损伤后的二次伤害进程，其开端远比我们想象的要早。在损伤后的“黄金半小时”内，脊髓组织就已经历了血流减少、保护屏障破裂、组织自身变软以及基因表达“重编程”这一系列剧变。该研究建立的灌流离体模型，成功克服了传统模型的局限，为在接近生理的条件下实时研究损伤早期事件提供了强大平台。其核心结论是：炎症与细胞外基质重塑是紧密耦联的早期事件，血液中的免疫成分（而非仅仅是红细胞）是驱动损伤后组织机械性能恶化的关键。这革新了我们对二次损伤时间窗的认识，强调极早期干预的极端重要性。未来，基于此模型的研究，可以深入剖析免疫细胞与细胞因子是如何具体导致组织软化的，从而为开发在损伤后第一时间应用的神经保护策略，提供了新的靶点和坚实的理论基础。
