蘇州納米所張智軍團隊在生物3D打印用于脊髓損傷修復研究方面獲進展

來源：蘇州納米所

中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所張智軍研究團隊最近利用生物3D打印技術構建了一種具有脊髓仿生結(jié)構的神經(jīng)支架，為NSCs的存活以及向神經(jīng)元分化提供良好的微環(huán)境，應用于SD大鼠的脊髓損傷治療（圖1）。

圖1（a）HBC/HA/MA生物墨水中發(fā)生的交聯(lián)反應；（b）生物3D打印仿脊髓結(jié)構神經(jīng)支架用于脊髓損傷修復示意圖

在該治療策略中，研究人員首先創(chuàng)新性設計、制備了由羥丁基殼聚糖（HBC）、巰基透明質(zhì)酸（HA-SH）、二乙烯砜基透明質(zhì)酸（HA-VS）以及基質(zhì)膠（MA）組成的具有良好可打印性以及生物相容性的生物墨水HBC/HA/MA。利用HBC優(yōu)異的溫度響應性以及HA-SH與HA-VS間邁克爾加成反應的自發(fā)二次交聯(lián)，“一步法”實現(xiàn)了負載NSCs的神經(jīng)支架生物3D打印。打印過程流暢，打印線條固化速度快（37 ℃ 20 s內(nèi)成膠），成型后的支架結(jié)構穩(wěn)定，打印后支架內(nèi)NSCs的存活率可高達95%。隨后通過對生物信號（MA）、力學性能、孔徑大小等多因素的優(yōu)化，有效增強了細胞-細胞以及細胞-支架之間的相互作用，從而顯著促進了NSCs向神經(jīng)元分化。在此基礎上，研究人員考察了該3D神經(jīng)支架在SCI大鼠中對脊髓損傷的修復效果，實驗結(jié)果表明在3D打印支架的保護下植入的NSCs在體內(nèi)存活時間長達12周，并且分化成神經(jīng)元，形成神經(jīng)纖維，實現(xiàn)軸突再生，從而顯著改善了SCI大鼠后肢運動功能（圖2）。

圖2（a）生物打印脊髓結(jié)構NSCs支架移植入脊髓全橫斷SD大鼠體內(nèi)；（b）手術移植后12周，SCI大鼠后肢運動BBB評分；（c）生物打印支架內(nèi)NSCs分化為神經(jīng)元以及少突膠質(zhì)細胞的免疫熒光染色圖

上述工作為生物3D打印快速精準構建神經(jīng)仿生支架及其在脊髓損傷修復等再生醫(yī)學領域的應用提供了一種新的策略。相關研究成果以“3D bioprinted neural tissue constructs for spinal cord injury repair”為題，近期發(fā)表在國際學術期刊Biomaterials（Biomaterials, 2021, 272, 120771）上。中科院蘇州納米所博士生劉曉云為第一作者，張智軍研究員與黃潔副研究員為共同通訊作者。該工作得到中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所戴建武研究員和蘇州納米所張珽研究員的通力合作，并得到中科院戰(zhàn)略性先導科技專項和國家重點研發(fā)計劃等項目的支持。