《Nature Medicine》：生物3D打印助力脊髓损伤修复

研究概述

加州大学圣地亚哥分校的Mark H. Tuszynski教授团队和Shaochen Chen教授团队在《Nature Medicine》（IF：58.7）上发表了“Biomimetic 3D-printed scaffolds for spinal cord injury repair”；本文报道了一种名为μCPP的微尺度连续投影打印技术，用于构建用于脊髓损伤修复的复杂3D仿生支架。μCPP可以快速打印出与啮齿动物脊髓尺寸相匹配的3D支架，并可根据人类脊髓损伤的形状和尺寸进行个性化定制。研究表明，加载了神经祖细胞的μCPP 3D打印支架能够支持轴突再生，并在脊髓完全损伤的部位形成新的“神经通路”，从而显著改善功能恢复。这项研究为通过精准医疗促进中枢神经系统再生提供了新的可能性。

生物3D打印在本研究中的作用

生物3D打印技术在脊髓损伤修复研究中取得了突破性进展。通过制造仿生3D支架，该技术为损伤部位的轴突再生提供了物理支持和引导，并支持神经干细胞移植，从而有效促进神经功能恢复。此外，该技术还可以实现个性化医疗，为每个患者提供量身定制的治疗方案。主要内容

脊髓结构模仿

支架内的通道为轴突再生提供了线性指导，与白质中轴突的自然排列方式一致。这种结构对于引导再生轴突跨越损伤部位至关重要。

性能对比

3D打印支架保持了其结构，并表现出较低的炎症反应和星形胶质细胞瘢痕。支架内的通道有效地血管化，受伤的宿主轴突以线性方式再生进入支架，并受到支架壁的引导。这些发现表明，3D打印支架为轴突再生提供了有利的环境，并减少了有害的炎症反应。

轴突再生

NPCs在支架中存活并充满通道，其衍生的轴突从支架中伸出，进入损伤部位下方的宿主脊髓。宿主轴突也再生进入支架，并与NPC衍生神经元形成突触，表明在损伤部位形成了新的神经回路。结果表明3D打印支架加载NPCs具有促进轴突再生和功能恢复的巨大潜力。

长期效果

长期体内实验显示：支架结构保持完整，NPCs在其中存活并充满通道。宿主轴突再生进入支架，并与NPC衍生神经元形成兴奋性突触。行为评估显示，植入加载NPCs支架的动物表现出显著的功能恢复，而电生理研究证实了在损伤部位形成了新的神经回路。这些结果说明，3D打印支架在促进脊髓损伤（SCI）后功能恢复方面具有长期疗效。

总结

该研究展示了使用3D打印技术制造生物仿生支架在促进脊髓损伤修复方面的潜力。研究人员利用微尺度连续投影打印技术（μCPP）打印出与啮齿动物脊髓尺寸相匹配的三维支架，并将其加载神经祖细胞（NPCs）后植入脊髓损伤部位。结果显示，支架能够支持损伤部位上方和下方的宿主轴突再生，并促进NPCs存活和分化，形成新的神经元和轴突。这些神经元和轴突与宿主神经元形成突触连接，恢复神经信号的传导，并显著改善了动物的运动功能。该研究为脊髓损伤修复提供了新的思路和方法，为开发个性化的脊髓修复方案奠定了基础。

文献原文：10.1038/s41591-018-0296-z

文献链接：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6559945/

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