3D打印神经再生支架材料、结构及神经重塑策略

来源： EFL生物3D打印与生物制造

神经再生对于治疗严重影响人类健康的骨科及神经系统疾病领域至关重要，对于神经再生支架的需求不断增加。神经系统的再生过程涉及各种细胞类型和信号通路之间复杂的相互作用，其自身再生能力有限。神经再生（例如手术和药物治疗）是可行的，但临床效果往往有限，且理想的结果仍然难以实现。3D 打印技术已成为神经再生领域一种很有前途的工具，可以制造各种尺寸和形状的支架和导管。尽管3D打印神经再生支架的复杂结构可用于治疗各种神经系统损伤和疾病，但面对脊髓损伤和退行性疾病等复杂神经微环境仍然是一个挑战。3D 打印神经模型可以模仿神经的结构特性，有助于研究人员研究疾病机制和开发新疗法。为应对复杂的神经疾病环境，研究人员不断探索新的生物材料和 3D 打印策略，以提高神经再生的成功率。

河南科技大学贺剑博士、成都大学胡旭麟教授以及中国农业科学院茶叶研究所张相春研究员综述了3D打印神经再生支架的研究现状和改进策略。重点概述了用于神经再生的材料和构建神经再生支架的3D打印技术，以及治疗效果。最后，讨论了3D打印神经再生支架的设计策略。相关工作以题为“Advanced strategies for 3D-printed neural scaffolds: materials, structure, and nerve remodeling”的文章发表在2024年02月06日的国际顶级期刊《Bio-Design and Manufacturing》。   

图1 神经再生支架的设计策略与构建方式

根据人体神经系统的解剖位置和功能不同，可分为中枢神经系统和周围神经系统。中枢神经系统是神经系统的核心，位于人体内部，包括大脑和神经系统。周围神经主要负责传递感觉和运动信息，并控制四肢的活动和反应。周围神经修复的研究主要涉及以下几个方面：3D打印技术、电神经刺激及神经营养剂、神经干细胞移植、新型神经再生材料等。相比之下，中枢神经系统的修复相对困难，更多采用干细胞移植治疗等疗法。

图2 3D打印结合干细胞疗法指导中枢神经和周围神经修复

图3 使用静电纺丝制备的神经再生支架  

图4 3D打印技术制备的神经再生支架

图5  基于天然聚合物制备的3D打印支架

图6 基于合成聚合物制备的3D打印神经再生支架

图7 自体神经移植材料构建的3D神经再生支架  

图8 3D打印神经支架促进周围神经再生

图9 3D 打印神经支架促进中枢神经系统再生

图10 促进骨修复的3D 打印神经支架

本文要点
综上，用于制备3D打印支架的材料难以匹配复杂的神经环境是神经再生治疗面临的重大难题。3D打印神经支架结合了多种生物材料和药物，可以加速神经系统的病理研究和临床治疗。3D打印技术的更新和新材料的发展有效提高神经支架治疗效果。然而，目前构建神经支架的方法仍然面临一些挑战。这些挑战包括难以生产大规模、均匀排列的纤维、机械强度不足以及电绝缘问题，所有这些都需要进一步改进。此外，虽然可生物降解的3D打印支架支持神经细胞的生长和存活，但整合不同类型的细胞以协同促进神经再生也仍然是一个障碍。未来，先进的3D打印技术、神经生长剂和多功能材料结合将推动神经再生支架的研发与应用。


文章来源：https://doi.org/10.1007/s42242-024-00291-5