中国科学家3D生物打印神经组织未来可能治愈瘫痪

来源：未知大陆

中国科学院和中国科技大学的研究人员设计了一种新的基于生物打印的方法来治愈以前无法治愈的脊髓损伤。使用定制的生物墨水，中国团队成功地3D生物打印了神经干细胞加载的组织，能够通过来自大脑的脉冲传递指令，就像在生物体中看到的那样。一旦植入残疾大鼠，支架就显示出能够恢复瘫痪肢体的运动，科学家们现在相信他们的方法可以在未来找到人类应用。

中国科学院纳米生物医学工程师张志军告诉《科学家》杂志：“目前还没有已知的有效治愈脊髓损伤的方法。” “我们开发的 3D 生物打印策略可能代表了一种通用的通用策略，可用于中枢神经系统 (CNS) 和其他用于再生医学的神经元组织的快速和精确工程。”

△显示科学家的 3D 生物打印和植入过程的示意图

“SCI”损伤难题
脊髓损伤或“SCI”是一个笼统的术语，用于描述对沿着人类脊髓向大脑发送信号和从大脑发送信号的细胞和神经束造成的任何损害。虽然损伤本身可能由直接损伤或周围椎骨的瘀伤引起，但结果通常是相同的：受影响区域下方的感觉和运动功能部分或完全丧失。

虽然尚无已知的SCI治愈方法，但目前正在开发许多有前景的基于细胞的疗法，功能性神经元的再生被视为未来成功的关键。实际上，此类方法涉及在整个受伤区域的神经元之间重新建立联系以恢复神经功能，但修复受损细胞仍然存在问题。

先前已将神经干细胞植入 SCI 部位的地方，它们也表现出较差的生存能力和不受控制的分化，导致治疗效果低下。最近的努力让科学家们看到了生物打印细胞负载支架，能够创造一个合适的微环境，神经元可以在其中蓬勃发展，但这又引发了有关可打印性和启动细胞相互作用的进一步问题。

为了解决这些问题，中国研究人员现在开发了一种新型生物墨水，可以在体温下凝胶在一起，以防止神经元分化为不产生电脉冲的细胞，并且可以 3D 生物打印成支架，不仅可以模拟脊柱的白质外观，但鼓励细胞间相互作用。

△研究人员的神经组织被 3D 生物打印

瘫痪治疗在行动
首先，张和他的团队用天然壳聚糖以及透明质酸和基质胶的混合物配制了他们的生物墨水，然后将它们与大鼠神经干细胞结合。然后，科学家们使用 BioScaffolder 3D 生物打印机将所得混合物沉积到载有细胞的支架中，然后将其储存在培养板中以供进一步测试。

在植入之前，该团队的不同样本分别孵化了 3、5 和 7 天，在此期间它们会增殖并形成连接。有趣的是，研究人员发现，透明质酸的浓度越高，他们观察到的相互作用水平就越低，这表明可以调整他们的生物墨水以获得所需的组织特征。

当注射到截瘫实验室大鼠中时，支架显示出 95% 的细胞活力，同时促进神经元再生，使大鼠能够重新控制后腿。在 12 周的观察期内，接受治疗的动物还显示出在没有支撑的情况下移动臀部、膝盖和脚踝的恢复能力，以及“肌肉力量显着增强”的踢腿压力传感器。

因此，科学家们得出结论，他们的方法“为构建精确控制的复杂神经组织提供了一个多功能且强大的平台”，具有潜在的人类应用，尽管他们承认需要更精确的细胞分化调节来实现这一目标，在除了进一步测试更多临床相关的损伤模型。

“总的来说，这项研究首次清楚地证明了 3D 生物打印的载有神经干细胞的支架用于体内 SCI 修复的可行性，”该团队在他们的论文中总结道，“我们预计，这可能会转向临床应用神经组织工程，如 SCI 和其他再生医学领域在不久的将来。”