浙江大学：投影式光固化3D打印GelMA水凝胶神经导管

来源： EngineeringForLife

周围神经损伤(peripheral nerve injury, PNI)是由创伤、医源性损伤或先天性缺陷引起的严重医学问题，可导致感觉和运动功能的完全或部分丧失。虽然周围神经损伤后具有一定的再生潜能，由于局部胶质瘢痕的快速形成、各种炎性细胞和抑制性物质的大量聚集及神经的缓慢生长，大段周围神经缺损的修复和再生效果仍然欠佳。有限的供应，供体部位的损伤，大小和几何不匹配和额外的外科手术限制了其临床的应用。此外，这种方法的效果好坏参半，大多数患者在手术后只能恢复部分功能。因此，寻找一种精准、高效地诱导周围神经再生的组织工程支架，来替代自体神经移植物具有重要的临床意义。

周围神经再生的组织工程策略主要是利用神经引导导管（nerve guidance conduits，NGCs）来克服自体神经移植的不足，以更好的促进大间隙神经损伤的修复，而3D打印水凝胶管状结构是一种高效的神经导管制造方法。GelMA水凝胶有着优异的生物相容性，而投影式光固化打印可以精确的仿生模拟神经结构。相比其他生物3D打印技术，投影式光固化（DLP打印）具有以下优点：
1）打印速度快：一次打印一层；
2）打印精度高：最高可以达到2.5μm的分辨率，打印精度远远高于其他的3D打印技术；
3）适合复杂支架结构：自带支撑，可以制造具有良好微结构和孔隙互联性的复杂支架结构。

然而受限于水凝胶的生物相容性要求，稳定实现软脆特性GelMA类生物水凝胶打印的DLP打印机一直停留在实验室阶段，未见成熟的设备推出。EFL团队攻关数年，优化了大量的成形工艺及核心设计，解决了打印中的稳定性问题，可实现批量化制造，尤其适合医学应用中大量一致性支架样品需要。

近日，浙江大学医学院附属儿童医院叶文松主任团队和EFL团队合作，以GelMA水凝胶为墨水，基于DLP技术打印了多通道神经导管支架，该成果为具有复杂仿生结构的NGCs快速、精准地打印提供了新的思路和研究方法（图1）。相关论文“3D printing of gelatin methacrylate-based nerve guidance conduits with multiple channels”在Materials and Design(IF=5.77)期刊在线发表，浙江大学医学院附属儿童医院叶文松主任和李海冰医生为共同第一作者，EFL团队的高庆博士后为通讯作者。

图1 论文摘要图

利用EFL团队的光固化生物3D打印机（EFL-BP8600），可实现15分钟左右同时打印5个导管（视频，图2）。体外实验表明，制备的GelMA材质的NGCs不仅能够支持PC-12细胞存活、粘附和增殖，还可以沿纵向管道迁移，同时能诱导神经嵴干细胞向神经元分化，具有良好的生物相容性和神经分化功能（图3-6）。

图2 （A）EFL团队出品的投影式光固化生物3D打印机；（B）NGCs打印原理；（C）（D）NGCs DLP可打印性研究

图3 PC-12细胞在NGCs的存活和吸附

图4 PC-12细胞在NGCs的增殖和细胞骨架

图5 PC-12细胞在NGCs的迁移

图6 神经嵴干细胞在NGCs向神经元分化

论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.108757