3d列印植入物促進神經細胞生長，治療脊髓損傷

加州大學聖地亞哥醫學院(University of California San Diego School of Medicine)和醫學工程研究所(Institute of Engineering in Medicine)的研究人員首次利用快速3d列印技術製造出了脊髓，然後將裝載著神經幹細胞的支架成功植入大鼠嚴重脊髓損傷的部位。

在1月14日出版的《自然醫學》(Nature Medicine)雜誌上發表的一項研究中，這種植入物被描述為促進脊髓損傷的神經生長，恢復連接和失去功能。在大鼠模型中，支架支持組織再生、幹細胞存活和神經幹細胞軸突從支架向宿主脊髓的擴展。

「近年來和論文,我們逐步逼近的目標豐富,長途受傷在脊髓損傷軸突的再生,這是基本的任何真正的恢復身體功能、「文章的第二作者Mark Tuszynski說,醫學博士,博士,轉化神經科學研究所的神經科學教授在加州大學聖地亞哥分校醫學院的。軸突是神經細胞上的一種長而細的延伸，可以延伸到其他細胞。

「這項新工作讓我們更接近真實世界，」圖斯基實驗室的助理項目科學家、第一合著者Kobi Koffler博士補充道，「因為3d支架再現了脊髓中纖細的束狀軸突陣列。」它幫助組織再生軸突來複制受傷前脊髓的解剖結構。

加州大學聖地亞哥分校(UC San Diego)醫學工程研究所(Institute of Engineering in Medicine)的研究員、納米工程教授陳紹晨博士(Shaochen Chen)和他的同事利用快速3d列印技術創建了一個模擬中樞神經系統結構的支架。

就像一座橋，它將再生軸突從脊髓損傷的一端排列到另一端。軸突本身可以向任何方向擴散和再生，但支架使軸突保持有序，引導它們向正確的方向生長，從而完成脊髓連接，」陳說。

更快，更精確的列印

植入物包含幾十個200微米寬的微小通道(是人類頭髮的兩倍寬)，它們引導神經幹細胞和軸突沿著脊髓損傷的長度生長。陳的團隊使用的列印技術可以在1.6秒內製造出兩毫米大小的植入物。傳統的噴頭印表機需要幾個小時才能列印出更簡單的結構。

這個過程可擴展到人類脊髓的大小。為了證明這一概念，研究人員列印了四厘米大小的植入物，這些植入物是根據人體脊髓損傷的核磁共振成像掃描結果製成的。這些在10分鐘內列印出來。

「這顯示了我們3d列印技術的靈活性，」第一作者之一、陳所在團隊的納米工程博士後Wei Zhu博士說。「我們可以快速列印出一種植入物，無論大小和形狀如何，它都能與宿主脊髓受傷的部位相匹配。」

恢復失去連接

研究人員將這種兩毫米長的植入物植入大鼠嚴重的脊髓損傷部位，植入物中含有神經幹細胞。幾個月後，新的脊髓組織在整個損傷過程中完全再生，並連接了宿主脊髓的斷端。經過治療的大鼠後肢功能明顯改善。

科夫勒說:「這標誌著在進行修復人類脊髓損傷的臨床試驗方面又邁出了關鍵的一步。」「支架提供了一個穩定的物理結構，支持神經幹細胞的穩定移植和存活。它似乎可以保護移植的幹細胞免受脊髓損傷的毒性和炎症環境的傷害，並幫助引導軸突完全穿過損傷部位。

此外，接受治療的大鼠的循環系統已經滲透到植入物內部，形成功能網路的血管，這有助於神經幹細胞的存活。

朱說:「血管化是工程組織植入物在體內長期存活的主要障礙之一。」「3d列印的組織需要血管系統來獲得足夠的營養和排泄廢物。我們的團隊以前也做過3d列印血管網路的研究，但是我們沒有把它包括在這項工作中。由於我們的3d支架具有良好的生物相容性，生物學自然而然地為我們解決了這個問題。

這一進展標誌著加州大學聖地亞哥分校醫學院(UC San Diego School of Medicine)和雅各布斯工程學院(Jacobs School of Engineering)兩條長期工作路線的交點，它們穩步、漸進地取得了進展。科學家們目前正在擴大這項技術的規模，並在更大的動物模型上進行試驗，為可能的人體試驗做準備。下一步還包括在脊髓支架內加入蛋白質，進一步刺激幹細胞存活和軸突生長。

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