結(jié)合神經(jīng)干細胞技術(shù)，3D打印水凝膠植入物有望修復(fù)受損脊髓

來源：3D科學(xué)谷

加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校的工程團隊和神經(jīng)科學(xué)團隊開展了一項研究,，通過3D打印植入物修復(fù)脊髓損傷患者的神經(jīng)連接和喪失的運動功能。3D打印植入物起到的作用是通過微通道結(jié)構(gòu),，引導(dǎo)神經(jīng)干細胞和軸突沿著脊髓損傷的長度生長,。目前，這項研究已經(jīng)開展了動物實驗,，并展示出了良好的應(yīng)用前景,。

3D打印水凝膠脊椎植入物，圖片：UC San Diego,。

填充神經(jīng)干細胞的3D打印支架
在研究中使用的植入物是一種水凝膠結(jié)構(gòu),，它是研究人員通過3D打印技術(shù)創(chuàng)建的模仿中樞神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的支架，它們可以通過3D打印技術(shù)快速制造成不同的尺寸和形狀,，以適應(yīng)患者脊髓損傷的精確解剖,。

研究人員用神經(jīng)干細胞填充3D打印植入物/支架，然后將它們像缺失的拼圖一樣裝入脊髓損傷部位,。3D打印支架就像橋一樣,，將脊髓損傷一端的再生軸突與另一端連接并對齊。神經(jīng)軸突本身可以向任何方向擴散和再生,，但是支架使軸突保持整齊,，引導(dǎo)它們朝正確的方向生長以完成脊髓連接。

24厘米的3D打印脊椎植入物,，圖片：UC San Diego,。

植入物含有數(shù)十個微小的200微米寬的通道（人類頭發(fā)寬度的兩倍），該結(jié)構(gòu)可引導(dǎo)神經(jīng)干細胞和軸突沿著脊髓損傷的長度生長,。

研究團隊開發(fā)的快速3D打印技術(shù)僅需1.6秒即可生成2毫米大小的植入物,。 根據(jù)應(yīng)用需要，這一快速3D打印技術(shù)還可以制造與人體脊椎結(jié)構(gòu)尺寸相當(dāng)?shù)闹踩胛�,。作為概念驗證,，研究人員3D打印了4厘米大小的植入物,，打印時間約為10分鐘。這些植入物是根據(jù)實際人體脊髓損傷部位的MRI掃描影像定制化設(shè)計的,。

34厘米的3D打印脊椎植入物,，圖片：UC San Diego。

在動物實驗中,，研究人員將填充神經(jīng)干細胞的3D打印植入物（2mm）移植到大鼠嚴重脊髓損傷部位,。幾個月后，新的脊髓組織完全再生,，并連接大鼠脊髓的切斷末端,。經(jīng)處理的大鼠后腿的運動功能有所改善。

該動物實驗的另一個具有積極意義的結(jié)果是,，經(jīng)處理的大鼠的循環(huán)系統(tǒng)已經(jīng)穿透植入物內(nèi)部以形成功能性的血管網(wǎng)絡(luò),，這有助于神經(jīng)干細胞存活，人工組織需要血管系統(tǒng)才能獲得足夠的營養(yǎng)并排出廢物,。

以上研究涉及到工程和脊髓神經(jīng)再生這兩項交叉學(xué)科,。工程團隊一直致力于開發(fā)下一代用于制造細微仿生結(jié)構(gòu)的3D打印技術(shù)，該團隊過去曾使用這項技術(shù)來制造肝臟組織和錯綜復(fù)雜的血管網(wǎng)絡(luò),，他們正在進行的項目之一為制造人工心臟組織,。負責(zé)脊髓再生的研究團隊，已從事嚴重脊髓損傷修復(fù)研究超過10年,，就在今年該團隊培養(yǎng)除了一系列新的脊髓神經(jīng)干細胞,。

研究團隊下一步的科研目標(biāo)是將這種填充脊髓干細胞的3D打印植入物用于更大的動物實驗，為將來的人體試驗做準備,。接下來的研究中,，研究團隊還將在脊髓支架內(nèi)摻入蛋白質(zhì)，進一步刺激干細胞存活和軸突生長,。

與這項研究相關(guān)的論文發(fā)表于2019年1月14日的Nature Medicine雜志,，作者包括Shaochen Chen，Mark Tuszynski等,。

來源：3D科學(xué)谷