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蔡徐坤 科研进展 苏(su)州纳米所张智军团队在生(sheng)物3D打...
科(ke)研进(jin)展(zhan)

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

发布日期:2020-04-08 浏览次(ci)数: 【关闭】

脊髓(sui)损伤(shang)(shang)(SCI)作为一(yi)种严重的中枢神经系统创伤(shang)(shang)性(xing)疾病,全球每(mei)年约有50万人因病致残。其临床症状(zhuang)表(biao)现为脊髓(sui)损伤(shang)(shang)段位以下局部甚至全部肢体感觉以及(ji)运动功能暂时(shi)或永久性(xing)丧失。脊髓(sui)损伤(shang)(shang)后发生一(yi)系列反应,如神经细(xi)胞大量死亡、缺血、炎症反应以及(ji)胶质瘢痕的形(xing)成,导致其临床治(zhi)疗面临巨大挑(tiao)战。

近年来(lai)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)3D打(da)(da)印(yin)技术的(de)快速发(fa)展为脊髓(sui)损(sun)(sun)伤修(xiu)复提供(gong)了新的(de)策略。将生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)材料(liao)、细(xi)(xi)胞(bao)以(yi)及生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)活性(xing)因子等组成的(de)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)墨(mo)水(shui)进(jin)行活细(xi)(xi)胞(bao)打(da)(da)印(yin),通过精确调控生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)墨(mo)水(shui)中各组分(fen)比例以(yi)及打(da)(da)印(yin)条件(jian),可(ke)以(yi)更好地模(mo)拟组织(zhi)或器官的(de)力(li)学性(xing)能(neng)、生(sheng)(sheng)(sheng)理(li)结构(gou)和(he)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)功能(neng),从而实现组织(zhi)/器官的(de)快速精准(zhun)制造(zao)与损(sun)(sun)伤修(xiu)复。由于神经干细(xi)(xi)胞(bao)(NSCs)的(de)敏感(gan)性(xing)和(he)脆弱性(xing),基于NSCs的(de)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)3D打(da)(da)印(yin)存(cun)在着可(ke)选(xuan)择的(de)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)墨(mo)水(shui)种(zhong)类少,生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)打(da)(da)印(yin)过程繁琐,打(da)(da)印(yin)后细(xi)(xi)胞(bao)存(cun)活率低(di),细(xi)(xi)胞(bao)-支架相互作用弱等问题,从而极大限制了其在SCI治(zhi)疗中的(de)应(ying)用。

针对(dui)上述挑(tiao)战,中国(guo)科学院苏州纳米(mi)(mi)技术与纳米(mi)(mi)仿(fang)生(sheng)研究(jiu)所张智军(jun)研究(jiu)团(tuan)队最近利(li)用(yong)生(sheng)物(wu)3D打印技术构建(jian)了一种(zhong)具(ju)有脊(ji)髓(sui)(sui)仿(fang)生(sheng)结(jie)构的(de)(de)(de)(de)(de)(de)神(shen)(shen)(shen)经(jing)支(zhi)架(jia),为NSCs的(de)(de)(de)(de)(de)(de)存活(huo)以(yi)(yi)及(ji)向神(shen)(shen)(shen)经(jing)元分(fen)化提(ti)供良好(hao)(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)微环境(jing),应用(yong)于SD大鼠(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)脊(ji)髓(sui)(sui)损伤(shang)治(zhi)疗(图1)。在(zai)(zai)该(gai)治(zhi)疗策略中,研究(jiu)人(ren)员(yuan)首先创(chuang)新性设计、制备了由羟丁基壳聚糖(HBC)、巯(qiu)基透(tou)(tou)明质(zhi)酸(suan)(HA-SH)、二(er)乙烯砜基透(tou)(tou)明质(zhi)酸(suan)(HA-VS)以(yi)(yi)及(ji)基质(zhi)胶(MA)组成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)具(ju)有良好(hao)(hao)可(ke)打印性以(yi)(yi)及(ji)生(sheng)物(wu)相容性的(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)物(wu)墨(mo)水(shui)HBC/HA/MA。利(li)用(yong)HBC优(you)异的(de)(de)(de)(de)(de)(de)温度响(xiang)应性以(yi)(yi)及(ji)HA-SH与HA-VS间迈克(ke)尔加(jia)成反应的(de)(de)(de)(de)(de)(de)自发二(er)次(ci)交联,“一步法”实现了负载NSCs的(de)(de)(de)(de)(de)(de)神(shen)(shen)(shen)经(jing)支(zhi)架(jia)生(sheng)物(wu)3D打印。打印过程流(liu)畅,打印线条(tiao)固化速度快(kuai)(37 ℃ 20 s内(nei)成胶),成型(xing)后(hou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)支(zhi)架(jia)结(jie)构稳定,打印后(hou)支(zhi)架(jia)内(nei)NSCs的(de)(de)(de)(de)(de)(de)存活(huo)率可(ke)高达95%。随后(hou)通过对(dui)生(sheng)物(wu)信号(MA)、力学性能(neng)、孔径大小等多因素(su)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)优(you)化,有效增强了细胞(bao)-细胞(bao)以(yi)(yi)及(ji)细胞(bao)-支(zhi)架(jia)之间的(de)(de)(de)(de)(de)(de)相互作(zuo)用(yong),从而(er)显(xian)著促进了NSCs向神(shen)(shen)(shen)经(jing)元分(fen)化。在(zai)(zai)此(ci)基础上,研究(jiu)人(ren)员(yuan)考察了该(gai)3D神(shen)(shen)(shen)经(jing)支(zhi)架(jia)在(zai)(zai)SCI大鼠(shu)中对(dui)脊(ji)髓(sui)(sui)损伤(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)修复效果(guo),实验结(jie)果(guo)表明在(zai)(zai)3D打印支(zhi)架(jia)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)保护下植入的(de)(de)(de)(de)(de)(de)NSCs在(zai)(zai)体内(nei)存活(huo)时(shi)间长达12周(zhou),并且分(fen)化成神(shen)(shen)(shen)经(jing)元,形成神(shen)(shen)(shen)经(jing)纤维,实现轴突再生(sheng),从而(er)显(xian)著改(gai)善了SCI大鼠(shu)后(hou)肢运动功能(neng)(图2)。

上述工作(zuo)为(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物3D打印快速精准构建神经仿生(sheng)(sheng)支(zhi)架及其在(zai)脊髓损伤修复等(deng)(deng)再生(sheng)(sheng)医(yi)学(xue)领域的(de)应用提供了一种新的(de)策(ce)略(lve)。相关研(yan)究成果以“3D bioprinted neural tissue constructs for spinal cord injury repair”为(wei)(wei)题(ti),近期发(fa)表在(zai)国(guo)际学(xue)术(shu)期刊(kan)Biomaterials(Biomaterials, 2021, 272, 120771)上。中(zhong)(zhong)科(ke)院(yuan)苏州纳米(mi)所(suo)博士生(sheng)(sheng)刘(liu)晓云为(wei)(wei)第一作(zuo)者,张(zhang)智军(jun)研(yan)究员(yuan)(yuan)与黄洁副研(yan)究员(yuan)(yuan)为(wei)(wei)共同通讯作(zuo)者。该工作(zuo)得到中(zhong)(zhong)国(guo)科(ke)学(xue)院(yuan)遗(yi)传与发(fa)育生(sheng)(sheng)物学(xue)研(yan)究所(suo)戴建武(wu)研(yan)究员(yuan)(yuan)和(he)苏州纳米(mi)所(suo)张(zhang)珽研(yan)究员(yuan)(yuan)的(de)通力(li)合(he)作(zuo),并得到中(zhong)(zhong)科(ke)院(yuan)战略(lve)性先导(dao)科(ke)技专项(xiang)和(he)国(guo)家(jia)重(zhong)点研(yan)发(fa)计(ji)划等(deng)(deng)项(xiang)目的(de)支(zhi)持。

图(tu)1(a)HBC/HA/MA生(sheng)物墨水中发生(sheng)的交联反(fan)应(ying);(b)生(sheng)物3D打印仿脊(ji)髓结构神(shen)经支架(jia)用于(yu)脊(ji)髓损伤修复示意图(tu)。

图(tu)2(a)生(sheng)物(wu)打印脊髓(sui)结构NSCs支(zhi)架(jia)移植(zhi)入脊髓(sui)全横断(duan)SD大鼠(shu)体内;(b)手术移植(zhi)后(hou)12周,SCI大鼠(shu)后(hou)肢运动BBB评(ping)分(fen);(c)生(sheng)物(wu)打印支(zhi)架(jia)内NSCs分(fen)化为神经元以及少(shao)突(tu)胶质细胞的(de)免疫荧(ying)光(guang)染色图(tu)。


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