同轴3D打印分层结构水凝胶支架，按需修复脊髓损伤

来源： 易丝帮

脊髓损伤（SCI）后，受损部位附近的内源性神经干细胞（NSCs）被激活，但由于恶劣的微环境，激活的NSCs难以迁移到损伤部位并分化成神经元。研究表明，体内植入线性有序排列的水凝胶支架可以显著增强内源性NSCs的功能。然而，通过对神经支架的有序结构进行设计构建，使其发挥不同的功能，从而实现对多种组织器官的损伤修复，仍然是一个巨大的挑战。

近日，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张智军研究员、黄洁副研究员及邓宗武研究员等在国际学术期刊《Acta Biomaterialia》上发表了最新研究成果“Coaxial 3D printing of hierarchical structured hydrogel scaffolds for on-demand repair of spinal cord injury”。研究者通过同轴生物3D打印技术，构建了一种具有分层结构的同轴水凝胶支架，用于脊髓损伤按需修复。通过将双网络水凝胶（由透明质酸衍生物和N-钙黏蛋白改性海藻酸钠组成，核心水凝胶支架）封装到温度响应的明胶/纤维素纳米纤维水凝胶（Gel/CNF，外层水凝胶支架）中，构建出具有分层结构的同轴水凝胶支架。在支架移植初期，负载在外层水凝胶支架中的活性物质金属卟啉随着Gel/CNF在37℃环境中的降解而迅速释放，抑制病变部位的初始氧化应激，以保护内源性NSC；而核心水凝胶不仅可以为NSCs提供机械支撑，其线性拓扑结构以及负载的N-钙黏蛋白有助于SCI治疗后期NSCs的迁移和神经元分化，从而有效地促进SCI大鼠的运动功能恢复。这种同轴水凝胶支架可以结合多种调控因素共同促进SCI修复。

图1：同轴结构水凝胶支架的制造和形态。

SEM图像和光学显微镜清楚地显示了同轴水凝胶支架的分层结构 （图1a 和图 1b）。核心支架孔径为200-300 μm（图1c），适合神经干细胞在水凝胶内部黏附和生长。将整个支架放在37℃环境5分钟，外层水凝胶快速溶解，释放出负载的金属锰卟啉，有利于及时清除损伤初期产生的大量活性物质（图1d）。而核心水凝胶支架可以长期存在，吸引内源性NSCs向损伤部位迁移，为NSCs的生长和分化提供长期的物理支撑（图2）。

图2：核心水凝胶支架诱导NSCs迁移的能力。

图3：不同实验组与对照组相比，脊髓损伤大鼠的运动功能恢复情况。

图4：实验组与对照组相比，脊髓损伤恢复及神经纤维再生情况。

动物实验结果表明，同轴水凝胶支架能有效促进损伤部位内源性NSCs向神经元的分化，显著改善SCI大鼠后肢弯曲程度以及运动能力（图3）,并促进脊髓受损区域神经纤维的再生（图4）。综上所述，该研究利用生物3D打印构建同轴水凝胶支架促进脊髓损伤修复，为制造多功能神经再生支架提供了一种创新策略。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S1742706123004051

人 物 简 介   
张智军，中国科学院苏州纳米所研究员、博士生导师。1998年在日本关西学院大学获理学博士学位。此后曾在日本名古屋大学、加拿大国家研究院和 McGill 大学从事纳米科技研究。2007年底回国受聘苏州纳米所研究员、课题组长。迄今为止在包括Advanced Materials，ACS Nano及Biomaterials等国际学术刊物发表论文120余篇，共引用10000余次。获美国专利1项、中国专利10项。“新型纳米载药体系研究”获教育部自然科学奖二等奖（2016，排名第2）。