3D打印又一醫(yī)學(xué)應(yīng)用！科學(xué)家用人造脊髓為神經(jīng)“搭橋” 讓癱瘓大鼠再度行走

3D打印技術(shù)就像個(gè)“萬能積木”，能以廉價(jià)的成本解決許多傳統(tǒng)技術(shù)難以制造的產(chǎn)品問題。目前3D打印在醫(yī)療方面的應(yīng)用有醫(yī)療器械、人造器官等，甚至連栩栩如生的假肢都能打印出來。

在最近的一項(xiàng)研究中，科學(xué)家利用最先進(jìn)的3D技術(shù)，為脊椎受傷的人們帶來了重新行走的希望。研究人員首次利用快速3D打印技術(shù)制造出脊髓，然后成功地將裝有神經(jīng)干細(xì)胞的支架植入大鼠嚴(yán)重脊髓損傷的部位。植入物的目的是促進(jìn)脊髓損傷的神經(jīng)生長，恢復(fù)連接和失去的功能。在大鼠中，支架能夠支持組織再生、干細(xì)胞存活和神經(jīng)干細(xì)胞軸突從支架向宿主脊髓的擴(kuò)展。

該研究的共同高級(jí)作者、加州大學(xué)圣地亞哥分校的馬克•圖斯基(Mark Tuszynski)教授說:“近年來，我們的研究成果和論文都在不斷地向脊髓損傷中大量、長距離再生軸突的目標(biāo)邁進(jìn)，而軸突的再生對(duì)于任何身體功能的真正恢復(fù)都是至關(guān)重要的�！�

軸突是神經(jīng)細(xì)胞上長長的、像線一樣的延伸部分，它可以延伸到其他細(xì)胞。

共同第一作者Kobi Koffler博士是Tuszynski博士實(shí)驗(yàn)室的助理項(xiàng)目科學(xué)家，他說:“這項(xiàng)新工作讓我們更接近真實(shí)世界，因?yàn)?D支架再現(xiàn)了脊髓中纖細(xì)的、捆綁的軸突陣列�！�

“它幫助組織再生軸突來復(fù)制受傷前脊髓的解剖結(jié)構(gòu)�！焙现�者Shaochen Chen博士利用快速3D打印技術(shù)創(chuàng)造了一個(gè)模擬中樞神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的支架。他說:“它就像一座橋，將再生軸突從脊髓損傷的一端連接到另一端�！�

“軸突本身可以向任何方向擴(kuò)散和再生，但支架使軸突保持有序，引導(dǎo)它們向正確的方向生長，從而完成脊髓連接�！敝踩胛锇�含數(shù)十個(gè)200微米寬的微小通道，是人類頭發(fā)的兩倍寬，它們引導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)胞和軸突沿著脊髓損傷的長度生長。

Chen教授的研究小組使用的打印技術(shù)在1.6秒內(nèi)就可以打印出兩顆毫米大小的植入物。傳統(tǒng)的噴頭打印機(jī)需要幾個(gè)小時(shí)才能打印出比這簡單許多的結(jié)構(gòu)。根據(jù)研究小組的說法，這個(gè)過程可以擴(kuò)展到人類脊髓的大小。

為了證明這一概念，研究人員打印了四厘米大小的植入物，這些植入物是根據(jù)人體脊髓損傷的核磁共振成像掃描結(jié)果制成的。
這些東西在10分鐘內(nèi)就被打印出來了。

第一作者之一、Chen博士團(tuán)隊(duì)的納米工程博士后Wei Zhu博士說:“這顯示了我們3D打印技術(shù)的靈活性�！蔽覀兛梢钥焖俅蛴〕鲆环N植入物，無論大小和形狀如何，它都能與宿主脊髓受傷的部位相匹配�！�

研究人員將這兩種毫米大小的植入物植入大鼠嚴(yán)重的脊髓損傷部位，植入物中含有神經(jīng)干細(xì)胞。幾個(gè)月后，新的脊髓組織在整個(gè)損傷過程中完全再生，并連接了宿主脊髓的斷端。經(jīng)過治療的大鼠后肢功能恢復(fù)“顯著”改善。Koffler博士說:“這標(biāo)志著修復(fù)人類脊髓損傷的臨床試驗(yàn)又向前邁出了關(guān)鍵一步�！�

“支架提供了一個(gè)穩(wěn)定的物理結(jié)構(gòu)，能夠支持神經(jīng)干細(xì)胞的穩(wěn)定移植和存活。”“它似乎可以保護(hù)移植的干細(xì)胞免受脊髓損傷的毒性和炎癥環(huán)境的傷害，并幫助引導(dǎo)軸突完全穿過損傷部位�！�

他說，接受治療的老鼠的循環(huán)系統(tǒng)已經(jīng)滲透到植入物內(nèi)部，形成了功能正常的血管網(wǎng)絡(luò)，這有助于神經(jīng)干細(xì)胞的存活。Zhu博士補(bǔ)充說:“血管化是工程組織植入物的主要障礙之一，這種植入物可以在體內(nèi)保留很長時(shí)間�！薄�3D打印的組織需要血管系統(tǒng)來獲得足夠的營養(yǎng)和排泄廢物。我們小組之前做過3D打印血管網(wǎng)絡(luò)的工作，但是我們沒有把它包含在這個(gè)工作中�！薄坝捎谖覀兊�3D支架具有良好的生物相容性，生物學(xué)自然會(huì)為我們處理這些問題�！�

現(xiàn)在，科學(xué)家們正在擴(kuò)大這項(xiàng)技術(shù)的規(guī)模，并在更大的動(dòng)物模型上進(jìn)行試驗(yàn)，為可能的人體試驗(yàn)做準(zhǔn)備。下一步還包括在脊髓支架內(nèi)加入蛋白質(zhì)，進(jìn)一步刺激干細(xì)胞存活和軸突生長。

研究結(jié)果發(fā)表在《自然醫(yī)學(xué)》雜志上。

來源：前瞻網(wǎng)