利用3D打印植入物如何促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞生長

近日，美國加州大學(xué)圣迭戈分校醫(yī)學(xué)院和醫(yī)學(xué)工程研究所的研究人員首次利用快速3D打印技術(shù)創(chuàng)建出一個(gè)模擬中樞神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的支架，并將該支架成功植入大鼠脊髓嚴(yán)重受傷的位置，用于促進(jìn)脊髓受傷部位的神經(jīng)生長，修復(fù)神經(jīng)連接和失去的功能。

該3D打印技術(shù)可以快速打印出能夠匹配脊髓受損位置（適用于各種位置大小和形狀）的植入物，植入物包含數(shù)十個(gè)微小的、200μm寬（人類頭發(fā)寬度的兩倍）的通道，可以引導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)胞和軸突沿著脊髓損傷的長度生長。

上圖為3D打印的2mm的植入物，被用作修復(fù)大鼠脊髓損傷的支架，圍繞在H型中心的圓點(diǎn)是空心的入口，植入的神經(jīng)干細(xì)胞通過這個(gè)入口將軸突伸展至宿主組織。

據(jù)悉，研究人員將裝載有神經(jīng)干細(xì)胞的2mm植入移植到大鼠嚴(yán)重受損的脊髓位置。幾個(gè)月后，新的脊髓組織在大鼠受傷位置完全再生，并與分離的脊髓端連接起來，后腿功能性運(yùn)動(dòng)得到顯著改善；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(xì)胞存活。

在大鼠試驗(yàn)中，該支架提供了一種穩(wěn)定的物理結(jié)構(gòu)，它能夠支持神經(jīng)干細(xì)胞的持續(xù)植入和存活，也可以防止移植的神經(jīng)干細(xì)胞受到脊髓受傷時(shí)產(chǎn)生的毒性炎癥環(huán)境的影響，并指引軸突完全穿過病變部位。

此外，該支架可支持組織再生、干細(xì)胞生存以及神經(jīng)干細(xì)胞軸突從支架到擴(kuò)展再到宿主的脊髓。軸突是神經(jīng)細(xì)胞上的長而絲狀的延伸，能夠連接到其他的細(xì)胞。該支架包含脊髓中細(xì)長的、成束的軸突陣列，有助于組織軸突再生，以復(fù)制受損前的脊髓解剖結(jié)構(gòu)。其就像一座橋，將脊髓損傷一端的再生軸突與另一端對(duì)齊，而軸突自身可以向任何方向擴(kuò)散和再生，支架可使軸突保持有序，引導(dǎo)它們朝正確的方向生長，以完成脊髓連接。

該研究團(tuán)隊(duì)使用的打印技術(shù)能夠在1.6s內(nèi)生成2mm大小的植入物，而傳統(tǒng)的噴嘴打印機(jī)即使打印簡單的結(jié)構(gòu)也要花費(fèi)幾個(gè)小時(shí)。目前，研究人員正在調(diào)整這項(xiàng)技術(shù)并測試更大的動(dòng)物試驗(yàn)，為潛在的人體測試做準(zhǔn)備。接下來的工作包括將蛋白質(zhì)摻入到脊髓支架中，以進(jìn)一步促進(jìn)干細(xì)胞的生存和軸突生長。