苏州纳米所张智军团队在生物3D打印用于脊髓损伤修复研究方面获进展

来源：苏州纳米所

中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张智军研究团队最近利用生物3D打印技术构建了一种具有脊髓仿生结构的神经支架，为NSCs的存活以及向神经元分化提供良好的微环境，应用于SD大鼠的脊髓损伤治疗（图1）。

图1（a）HBC/HA/MA生物墨水中发生的交联反应；（b）生物3D打印仿脊髓结构神经支架用于脊髓损伤修复示意图

在该治疗策略中，研究人员首先创新性设计、制备了由羟丁基壳聚糖（HBC）、巯基透明质酸（HA-SH）、二乙烯砜基透明质酸（HA-VS）以及基质胶（MA）组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优异的温度响应性以及HA-SH与HA-VS间迈克尔加成反应的自发二次交联，“一步法”实现了负载NSCs的神经支架生物3D打印。打印过程流畅，打印线条固化速度快（37 ℃ 20 s内成胶），成型后的支架结构稳定，打印后支架内NSCs的存活率可高达95%。随后通过对生物信号（MA）、力学性能、孔径大小等多因素的优化，有效增强了细胞-细胞以及细胞-支架之间的相互作用，从而显著促进了NSCs向神经元分化。在此基础上，研究人员考察了该3D神经支架在SCI大鼠中对脊髓损伤的修复效果，实验结果表明在3D打印支架的保护下植入的NSCs在体内存活时间长达12周，并且分化成神经元，形成神经纤维，实现轴突再生，从而显著改善了SCI大鼠后肢运动功能（图2）。

图2（a）生物打印脊髓结构NSCs支架移植入脊髓全横断SD大鼠体内；（b）手术移植后12周，SCI大鼠后肢运动BBB评分；（c）生物打印支架内NSCs分化为神经元以及少突胶质细胞的免疫荧光染色图

上述工作为生物3D打印快速精准构建神经仿生支架及其在脊髓损伤修复等再生医学领域的应用提供了一种新的策略。相关研究成果以“3D bioprinted neural tissue constructs for spinal cord injury repair”为题，近期发表在国际学术期刊Biomaterials（Biomaterials, 2021, 272, 120771）上。中科院苏州纳米所博士生刘晓云为第一作者，张智军研究员与黄洁副研究员为共同通讯作者。该工作得到中国科学院遗传与发育生物学研究所戴建武研究员和苏州纳米所张珽研究员的通力合作，并得到中科院战略性先导科技专项和国家重点研发计划等项目的支持。