利用3D打印植入物如何促进神经细胞生长

近日，美国加州大学圣迭戈分校医学院和医学工程研究所的研究人员首次利用快速3D打印技术创建出一个模拟中枢神经系统结构的支架，并将该支架成功植入大鼠脊髓严重受伤的位置，用于促进脊髓受伤部位的神经生长，修复神经连接和失去的功能。

该3D打印技术可以快速打印出能够匹配脊髓受损位置（适用于各种位置大小和形状）的植入物，植入物包含数十个微小的、200μm宽（人类头发宽度的两倍）的通道，可以引导神经干细胞和轴突沿着脊髓损伤的长度生长。

上图为3D打印的2mm的植入物，被用作修复大鼠脊髓损伤的支架，围绕在H型中心的圆点是空心的入口，植入的神经干细胞通过这个入口将轴突伸展至宿主组织。

据悉，研究人员将装载有神经干细胞的2mm植入移植到大鼠严重受损的脊髓位置。几个月后，新的脊髓组织在大鼠受伤位置完全再生，并与分离的脊髓端连接起来，后腿功能性运动得到显著改善；循环系统已经穿透植入物内部，以形成功能性的血管网络，这有助于神经干细胞存活。

在大鼠试验中，该支架提供了一种稳定的物理结构，它能够支持神经干细胞的持续植入和存活，也可以防止移植的神经干细胞受到脊髓受伤时产生的毒性炎症环境的影响，并指引轴突完全穿过病变部位。

此外，该支架可支持组织再生、干细胞生存以及神经干细胞轴突从支架到扩展再到宿主的脊髓。轴突是神经细胞上的长而丝状的延伸，能够连接到其他的细胞。该支架包含脊髓中细长的、成束的轴突阵列，有助于组织轴突再生，以复制受损前的脊髓解剖结构。其就像一座桥，将脊髓损伤一端的再生轴突与另一端对齐，而轴突自身可以向任何方向扩散和再生，支架可使轴突保持有序，引导它们朝正确的方向生长，以完成脊髓连接。

该研究团队使用的打印技术能够在1.6s内生成2mm大小的植入物，而传统的喷嘴打印机即使打印简单的结构也要花费几个小时。目前，研究人员正在调整这项技术并测试更大的动物试验，为潜在的人体测试做准备。接下来的工作包括将蛋白质掺入到脊髓支架中，以进一步促进干细胞的生存和轴突生长。