中國科學(xué)家3D生物打印神經(jīng)組織未來可能治愈癱瘓

來源：未知大陸

中國科學(xué)院和中國科技大學(xué)的研究人員設(shè)計(jì)了一種新的基于生物打印的方法來治愈以前無法治愈的脊髓損傷。使用定制的生物墨水，中國團(tuán)隊(duì)成功地3D生物打印了神經(jīng)干細(xì)胞加載的組織，能夠通過來自大腦的脈沖傳遞指令，就像在生物體中看到的那樣。一旦植入殘疾大鼠，支架就顯示出能夠恢復(fù)癱瘓肢體的運(yùn)動，科學(xué)家們現(xiàn)在相信他們的方法可以在未來找到人類應(yīng)用。

中國科學(xué)院納米生物醫(yī)學(xué)工程師張志軍告訴《科學(xué)家》雜志：“目前還沒有已知的有效治愈脊髓損傷的方法�！� “我們開發(fā)的 3D 生物打印策略可能代表了一種通用的通用策略，可用于中樞神經(jīng)系統(tǒng) (CNS) 和其他用于再生醫(yī)學(xué)的神經(jīng)元組織的快速和精確工程。”

△顯示科學(xué)家的 3D 生物打印和植入過程的示意圖

“SCI”損傷難題
脊髓損傷或“SCI”是一個籠統(tǒng)的術(shù)語，用于描述對沿著人類脊髓向大腦發(fā)送信號和從大腦發(fā)送信號的細(xì)胞和神經(jīng)束造成的任何損害。雖然損傷本身可能由直接損傷或周圍椎骨的瘀傷引起，但結(jié)果通常是相同的：受影響區(qū)域下方的感覺和運(yùn)動功能部分或完全喪失。

雖然尚無已知的SCI治愈方法，但目前正在開發(fā)許多有前景的基于細(xì)胞的療法，功能性神經(jīng)元的再生被視為未來成功的關(guān)鍵。實(shí)際上，此類方法涉及在整個受傷區(qū)域的神經(jīng)元之間重新建立聯(lián)系以恢復(fù)神經(jīng)功能，但修復(fù)受損細(xì)胞仍然存在問題。

先前已將神經(jīng)干細(xì)胞植入 SCI 部位的地方，它們也表現(xiàn)出較差的生存能力和不受控制的分化，導(dǎo)致治療效果低下。最近的努力讓科學(xué)家們看到了生物打印細(xì)胞負(fù)載支架，能夠創(chuàng)造一個合適的微環(huán)境，神經(jīng)元可以在其中蓬勃發(fā)展，但這又引發(fā)了有關(guān)可打印性和啟動細(xì)胞相互作用的進(jìn)一步問題。

為了解決這些問題，中國研究人員現(xiàn)在開發(fā)了一種新型生物墨水，可以在體溫下凝膠在一起，以防止神經(jīng)元分化為不產(chǎn)生電脈沖的細(xì)胞，并且可以 3D 生物打印成支架，不僅可以模擬脊柱的白質(zhì)外觀，但鼓勵細(xì)胞間相互作用。

△研究人員的神經(jīng)組織被 3D 生物打印

癱瘓治療在行動
首先，張和他的團(tuán)隊(duì)用天然殼聚糖以及透明質(zhì)酸和基質(zhì)膠的混合物配制了他們的生物墨水，然后將它們與大鼠神經(jīng)干細(xì)胞結(jié)合。然后，科學(xué)家們使用 BioScaffolder 3D 生物打印機(jī)將所得混合物沉積到載有細(xì)胞的支架中，然后將其儲存在培養(yǎng)板中以供進(jìn)一步測試。

在植入之前，該團(tuán)隊(duì)的不同樣本分別孵化了 3、5 和 7 天，在此期間它們會增殖并形成連接。有趣的是，研究人員發(fā)現(xiàn)，透明質(zhì)酸的濃度越高，他們觀察到的相互作用水平就越低，這表明可以調(diào)整他們的生物墨水以獲得所需的組織特征。

當(dāng)注射到截癱實(shí)驗(yàn)室大鼠中時，支架顯示出 95% 的細(xì)胞活力，同時促進(jìn)神經(jīng)元再生，使大鼠能夠重新控制后腿。在 12 周的觀察期內(nèi)，接受治療的動物還顯示出在沒有支撐的情況下移動臀部、膝蓋和腳踝的恢復(fù)能力，以及“肌肉力量顯著增強(qiáng)”的踢腿壓力傳感器。

因此，科學(xué)家們得出結(jié)論，他們的方法“為構(gòu)建精確控制的復(fù)雜神經(jīng)組織提供了一個多功能且強(qiáng)大的平臺”，具有潛在的人類應(yīng)用，盡管他們承認(rèn)需要更精確的細(xì)胞分化調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，在除了進(jìn)一步測試更多臨床相關(guān)的損傷模型。

“總的來說，這項(xiàng)研究首次清楚地證明了 3D 生物打印的載有神經(jīng)干細(xì)胞的支架用于體內(nèi) SCI 修復(fù)的可行性，”該團(tuán)隊(duì)在他們的論文中總結(jié)道，“我們預(yù)計(jì)，這可能會轉(zhuǎn)向臨床應(yīng)用神經(jīng)組織工程，如 SCI 和其他再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域在不久的將來�！�