结合神经干细胞技术，3D打印水凝胶植入物有望修复受损脊髓

加利福尼亚大学圣地亚哥分校的工程团队和神经科学团队开展了一项研究，通过3D打印植入物修复脊髓损伤患者的神经连接和丧失的运动功能。3D打印植入物起到的作用是通过微通道结构，引导神经干细胞和轴突沿着脊髓损伤的长度生长。目前，这项研究已经开展了动物实验，并展示出了良好的应用前景。

3D打印水凝胶脊椎植入物，图片：UC San Diego。

填充神经干细胞的3D打印支架

在研究中使用的植入物是一种水凝胶结构，它是研究人员通过3D打印技术创建的模仿中枢神经系统结构的支架，它们可以通过3D打印技术快速制造成不同的尺寸和形状，以适应患者脊髓损伤的精确解剖。

研究人员用神经干细胞填充3D打印植入物/支架，然后将它们像缺失的拼图一样装入脊髓损伤部位。3D打印支架就像桥一样，将脊髓损伤一端的再生轴突与另一端连接并对齐。神经轴突本身可以向任何方向扩散和再生，但是支架使轴突保持整齐，引导它们朝正确的方向生长以完成脊髓连接。

4厘米的3D打印脊椎植入物，图片：UC San Diego

植入物含有数十个微小的200微米宽的通道（人类头发宽度的两倍），该结构可引导神经干细胞和轴突沿着脊髓损伤的长度生长。研究团队开发的快速3D打印技术仅需1.6秒即可生成2毫米大小的植入物。 根据应用需要，这一快速3D打印技术还可以制造与人体脊椎结构尺寸相当的植入物。作为概念验证，研究人员3D打印了4厘米大小的植入物，打印时间约为10分钟。这些植入物是根据实际人体脊髓损伤部位的MRI扫描影像定制化设计的。

4厘米的3D打印脊椎植入物，图片：UC San Diego

在动物实验中，研究人员将填充神经干细胞的3D打印植入物（2mm）移植到大鼠严重脊髓损伤部位。几个月后，新的脊髓组织完全再生，并连接大鼠脊髓的切断末端。经处理的大鼠后腿的运动功能有所改善。该动物实验的另一个具有积极意义的结果是，经处理的大鼠的循环系统已经穿透植入物内部以形成功能性的血管网络，这有助于神经干细胞存活，人工组织需要血管系统才能获得足够的营养并排出废物。

以上研究涉及到工程和脊髓神经再生这两项交叉学科。工程团队一直致力于开发下一代用于制造细微仿生结构的3D打印技术，该团队过去曾使用这项技术来制造肝脏组织和错综复杂的血管网络，他们正在进行的项目之一为制造人工心脏组织。负责脊髓再生的研究团队，已从事严重脊髓损伤修复研究超过10年，就在今年该团队培养除了一系列新的脊髓神经干细胞。

研究团队下一步的科研目标是将这种填充脊髓干细胞的3D打印植入物用于更大的动物实验，为将来的人体试验做准备。接下来的研究中，研究团队还将在脊髓支架内掺入蛋白质，进一步刺激干细胞存活和轴突生长。

与这项研究相关的论文发表于2019年1月14日的Nature Medicine杂志，作者包括Shaochen Chen，Mark Tuszynski等。