加利福尼亞大學圣地亞哥分校的工程團隊和神經科學團隊開展了一項研究，通過3D打印植入物修復脊髓損傷患者的神經連接和喪失的運動功能。3D打印植入物起到的作用是通過微通道結構，引導神經干細胞和軸突沿著脊髓損傷的長度生長。目前，這項研究已經開展了動物實驗，并展示出了良好的應用前景。

3D打印水凝膠脊椎植入物，圖片：UC San Diego。

 填充神經干細胞的3D打印支架

      在研究中使用的植入物是一種水凝膠結構，它是研究人員通過3D打印技術創建的模仿中樞神經系統結構的支架，它們可以通過3D打印技術快速制造成不同的尺寸和形狀，以適應患者脊髓損傷的精確解剖。

      研究人員用神經干細胞填充3D打印植入物/支架，然后將它們像缺失的拼圖一樣裝入脊髓損傷部位。3D打印支架就像橋一樣，將脊髓損傷一端的再生軸突與另一端連接并對齊。神經軸突本身可以向任何方向擴散和再生，但是支架使軸突保持整齊，引導它們朝正確的方向生長以完成脊髓連接。

4厘米的3D打印脊椎植入物，圖片：UC San Diego。

      植入物含有數十個微小的200微米寬的通道（人類頭發寬度的兩倍），該結構可引導神經干細胞和軸突沿著脊髓損傷的長度生長。研究團隊開發的快速3D打印技術僅需1.6秒即可生成2毫米大小的植入物。 根據應用需要，這一快速3D打印技術還可以制造與人體脊椎結構尺寸相當的植入物。作為概念驗證，研究人員3D打印了4厘米大小的植入物，打印時間約為10分鐘。這些植入物是根據實際人體脊髓損傷部位的MRI掃描影像定制化設計的。

4厘米的3D打印脊椎植入物，圖片：UC San Diego。

      在動物實驗中，研究人員將填充神經干細胞的3D打印植入物（2mm）移植到大鼠嚴重脊髓損傷部位。幾個月后，新的脊髓組織完全再生，并連接大鼠脊髓的切斷末端。經處理的大鼠后腿的運動功能有所改善。中國3D打印網了解到該動物實驗的另一個具有積極意義的結果是，經處理的大鼠的循環系統已經穿透植入物內部以形成功能性的血管網絡，這有助于神經干細胞存活，人工組織需要血管系統才能獲得足夠的營養并排出廢物。

      以上研究涉及到工程和脊髓神經再生這兩項交叉學科。工程團隊一直致力于開發下一代用于制造細微仿生結構的3D打印技術，該團隊過去曾使用這項技術來制造肝臟組織和錯綜復雜的血管網絡，他們正在進行的項目之一為制造人工心臟組織。負責脊髓再生的研究團隊，已從事嚴重脊髓損傷修復研究超過10年，就在今年該團隊培養除了一系列新的脊髓神經干細胞。

       研究團隊下一步的科研目標是將這種填充脊髓干細胞的3D打印植入物用于更大的動物實驗，為將來的人體試驗做準備。接下來的研究中，研究團隊還將在脊髓支架內摻入蛋白質，進一步刺激干細胞存活和軸突生長。

       與這項研究相關的論文發表于2019年1月14日的Nature Medicine雜志，作者包括Shaochen Chen，Mark Tuszynski等。

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