生物3D打印神經(jīng)構建體用于復雜組織再生，上海團隊取得新進展

來源：澎湃新聞

南極熊獲悉，近日，中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員吳成鐵帶領研究團隊，在生物3D打印神經(jīng)構建體用于復雜組織再生方面取得新進展。

針對“神經(jīng)調控組織再生及功能化”這一關鍵要素，該研究團隊提出將硅酸鹽生物陶瓷基生物墨水與神經(jīng)干細胞相結合，采用生物3D打印技術創(chuàng)新性地構建了一種神經(jīng)化構建體。

△神經(jīng)構建體的體內修復效果。（a）脊髓損傷修復；（b）顱骨再生；（c）肌肉組織再生 受訪者供圖

硅酸鹽生物陶瓷賦予神經(jīng)構建體優(yōu)異的神經(jīng)活性及多細胞調控功能，使其可作為通用的神經(jīng)化平臺促進多種組織的修復再生及功能恢復。

神經(jīng)作為人體的中樞系統(tǒng)，在調節(jié)和控制其他組織/器官的生理功能及代謝穩(wěn)態(tài)等方面發(fā)揮關鍵作用。

此外，組織再生是一個動態(tài)且復雜的生理過程，需要多種信號、細胞和生長因子的協(xié)同作用。在損傷初期，神經(jīng)會率先感知損傷信號并做出反應，通過分泌多種神經(jīng)遞質和神經(jīng)肽等調節(jié)再生微環(huán)境，從而積極參與組織再生。

因此，構建具有神經(jīng)調節(jié)功能的生物活性支架對于加速組織再生及恢復其生理功能尤為重要。

研究團隊基于鋰、鈣、硅元素的促神經(jīng)分化及神經(jīng)保護作用，開發(fā)了基于Li-Ca-Si（LCS）生物陶瓷的生物墨水，并將其與神經(jīng)干細胞結合，通過生物3D打印技術制備一種功能化的神經(jīng)構建體。

研究發(fā)現(xiàn)LCS基生物墨水釋放的多種活性離子能夠通過PI3K-AKT通路促進神經(jīng)干細胞向神經(jīng)元方向分化并誘導神經(jīng)元成熟，展現(xiàn)出優(yōu)異的神經(jīng)調控活性。

此外，基于LCS生物墨水的神經(jīng)構建體還展現(xiàn)出良好的多細胞調控功能，有效促進骨髓間充質干細胞的成骨分化、內皮細胞的成血管化以及與肌肉細胞形成神經(jīng)肌肉接頭等。在全橫斷脊髓損傷模型中，神經(jīng)構建體能夠刺激神經(jīng)分化及血管化，促進脊髓損傷再生及恢復老鼠下肢運動功能；在顱骨損傷模型中，神經(jīng)構建體可以有效誘導新生骨的形成、骨整合、血管化及神經(jīng)支配，實現(xiàn)神經(jīng)/血管化骨再生；在體積性肌肉損傷模型中，神經(jīng)構建體能夠誘導肌纖維的形成與成熟、血管化并增強神經(jīng)支配，實現(xiàn)了神經(jīng)/血管化肌肉再生。

綜上所述，該研究從“神經(jīng)調節(jié)組織再生”的角度出發(fā)制備的基于生物陶瓷/神經(jīng)干細胞的神經(jīng)構建體為實現(xiàn)復雜組織再生提供了一種潛在的策略，同時也為新一代復雜組織工程生物材料的設計提供新的思路。該研究成果以“Bioprinting of inorganic-biomaterial/neural-stem-cell constructs for multiple tissue regeneration and functional recovery”為題近日發(fā)表在知名期刊《國家科學評論》（National Science Review）上（Natl. Sci. Rev. 2024, 11 (4): nwae035），同時申請發(fā)明專利一項。
論文第一作者為上海硅酸鹽所2019級博士生張洪健，通訊作者為吳成鐵研究員。相關研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金和中國科學院穩(wěn)定支持基礎研究領域青年團隊計劃和上海市科委/上海分院基礎特區(qū)等基金的資助。