使癱瘓小鼠恢復(fù)行走功能，Matricelf公司3D生物打印應(yīng)用于工程神經(jīng)組織見奇效

2022年2月9日，南極熊獲悉，以色列再生醫(yī)學(xué)公司Matricelf已經(jīng)在癱瘓的小鼠身上成功測(cè)試了一種首創(chuàng)的3D打印脊髓組織植入物，使它們重新恢復(fù)了行走功能。

利用特拉維夫大學(xué)（TAU）開發(fā)的3D生物打印技術(shù)，Matricelf公司成功地3D打印并將人類組織脊髓植入患有急性和慢性癱瘓的小鼠體內(nèi)。所有急性癱瘓的小鼠都恢復(fù)了行走能力，而慢性癱瘓的小鼠的成功率為80%。

預(yù)計(jì)到2024年底，Matricelf公司的3D打印脊髓植入物會(huì)進(jìn)入人體試驗(yàn)階段。他們還表示，治療癱瘓的方法可能只需要幾年時(shí)間就會(huì)面世。

Matricelf公司首席執(zhí)行官AsafToker說："這是一項(xiàng)了不起的科學(xué)成就，代表了Matricelf公司的創(chuàng)新和獨(dú)特技術(shù)在為脊髓損傷患者開發(fā)完整的自體神經(jīng)植入物方面的潛力。毫不客氣的說，這項(xiàng)研究的結(jié)果為未來的動(dòng)物研究走向人體臨床試驗(yàn)鋪平了道路�！�

△Matricelf的3D生物打印脊髓過程的階段。圖片來自Matricelf。

Matricelf的3D生物打印技術(shù)

Matricelf的最新進(jìn)展是在上個(gè)月與TAU的技術(shù)轉(zhuǎn)讓公司Ramot簽署了一項(xiàng)正在申請(qǐng)專利的3D生物打印技術(shù)的全球獨(dú)家許可協(xié)議之后取得的。該技術(shù)在過去十年中一直由TAU生物技術(shù)系的Tal Dvir教授開發(fā)，他也是Matricelf的創(chuàng)始人之一和該公司的首席科學(xué)官。

這項(xiàng)生物打印技術(shù)是通過同時(shí)3D打印來自病人的細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）來制造活的人體組織和器官。該過程利用了液體納米顆粒來穩(wěn)定打印的結(jié)構(gòu)，確保高分辨率和精度，然后在打印后從結(jié)構(gòu)中提取。

目前該技術(shù)正在美國(guó)和歐洲進(jìn)行專利審批程序，在2019年被用于生產(chǎn)世界上第一個(gè)3D打印心臟，其中包括細(xì)胞、血管、心室和心房。

△特拉維夫大學(xué)的3D生物打印心臟。照片AFP/Jack Guez。

有望成為治療癱瘓的新方法

Matricelf公司在一篇新的論文中公布了其突破性研究的細(xì)節(jié)，Dvir聲稱這標(biāo)志著歷史上第一次工程化人類組織在長(zhǎng)期慢性癱瘓的動(dòng)物模型中產(chǎn)生了恢復(fù)效果。

由于這目前是與人類癱瘓治療最相關(guān)的模型，該研究為利用3D生物打印技術(shù)開發(fā)未來的治療方法帶來了巨大希望。

科學(xué)家們首先從病人身上取了一小塊含有細(xì)胞和ECM的腹部脂肪組織的活檢。將細(xì)胞從ECM中分離出來后，研究小組使用基因工程對(duì)細(xì)胞進(jìn)行重新編程，并將其恢復(fù)到類似于胚胎干細(xì)胞的狀態(tài)，能夠成為身體中的任何類型的細(xì)胞。

捐贈(zèng)者植入物的主要問題之一是它們?cè)谥踩牒笕菀滓�發(fā)免疫反應(yīng)和排斥反應(yīng)。該團(tuán)隊(duì)希望通過使用患者的ECM形成個(gè)性化水凝膠的基礎(chǔ)，將干細(xì)胞封裝在其中，來克服這一問題。然后，通過模仿脊髓的胚胎發(fā)育過程，將細(xì)胞轉(zhuǎn)化為包含運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的3D打印的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)植入物。

脊髓植入物隨后被植入一組小鼠體內(nèi)，其中一半小鼠最近癱瘓（急性癱瘓），另一半小鼠癱瘓時(shí)間相當(dāng)于人類一年（慢性癱瘓）。

在植入和快速康復(fù)過程中，所有急性癱瘓的小鼠都恢復(fù)了行走能力，而80%的慢性癱瘓小鼠則恢復(fù)了行走能力。

Matricelf已經(jīng)與美國(guó)食品和藥物管理局（FDA）進(jìn)行了討論，現(xiàn)在正計(jì)劃在2024年底對(duì)其3D打印脊髓植入物進(jìn)行首次人體臨床試驗(yàn)。與此同時(shí)，該公司將繼續(xù)在實(shí)驗(yàn)室大鼠身上進(jìn)行更多的療效和安全試驗(yàn)。

"我們希望在未來幾年內(nèi)開始人類的臨床試驗(yàn)，并最終讓這些病人重新站起來，"Dvir說。"這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)可以作為產(chǎn)生各種工程組織的平臺(tái)，用于治療更多的醫(yī)療條件。"

△脊髓植入物的生成和特征。圖片來自Matricelf。

關(guān)于這項(xiàng)研究的更多信息可以在《高級(jí)科學(xué)》雜志上發(fā)表的題為 "Regeneratingthe injured spinal cord at the chronic phase by engineered iPSCs-derived 3Dneuronal networks"的論文中找到。該研究由L. Wertheim, R. Edri,Y. Goldshmit, T. Kagan, N. Noor, A. Ruban, A. Shapira, I. Gat-Viks, Y. Assaf,and T. Dvir共同撰寫。

相關(guān)論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202105694

脊髓治療的進(jìn)展

與其他許多再生醫(yī)學(xué)應(yīng)用一樣，3D打印在改善和提高脊柱手術(shù)和治療的成功率方面有著極為廣闊的前景。雖然到目前為止，Matricelf的突破在實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界的人類應(yīng)用方面似乎是最遠(yuǎn)的，但近年來在這個(gè)領(lǐng)域還有其他幾家機(jī)構(gòu)取得了值得注意的進(jìn)展。

早在2018年，明尼蘇達(dá)大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種帶有活細(xì)胞的3D打印支架原型，有可能幫助脊髓損傷患者恢復(fù)一些功能。這種生物打印的支架由硅膠和干細(xì)胞制成，可以放在病人的脊髓內(nèi)，作為一種位于損傷周圍的活神經(jīng)細(xì)胞之間的橋梁。同時(shí)，2019年，加州大學(xué)圣地亞哥分校的科學(xué)家們成功地3D打印了一個(gè)兩毫米長(zhǎng)的脊髓植入物，以修復(fù)大鼠的脊髓損傷。

關(guān)于手術(shù)應(yīng)用，骨科植入物公司4WEB Medical在2020年為其3D打印自旋植入物組合增加了一個(gè)獨(dú)立的前自旋桁架系統(tǒng)，旨在為外科醫(yī)生在脊柱手術(shù)中提供幫助。

最近，總部位于德克薩斯州的3D打印骨科設(shè)備開發(fā)商Orthofix Medical公司推出了新的FORZA Ti PLIF墊片系統(tǒng)，將應(yīng)用到后路腰椎間盤融合手術(shù)中。