3D打印神經(jīng)再生支架材料、結(jié)構(gòu)及神經(jīng)重塑策略

來源： EFL生物3D打印與生物制造

神經(jīng)再生對于治療嚴(yán)重影響人類健康的骨科及神經(jīng)系統(tǒng)疾病領(lǐng)域至關(guān)重要，對于神經(jīng)再生支架的需求不斷增加。神經(jīng)系統(tǒng)的再生過程涉及各種細(xì)胞類型和信號通路之間復(fù)雜的相互作用，其自身再生能力有限。神經(jīng)再生（例如手術(shù)和藥物治療）是可行的，但臨床效果往往有限，且理想的結(jié)果仍然難以實(shí)現(xiàn)。3D 打印技術(shù)已成為神經(jīng)再生領(lǐng)域一種很有前途的工具，可以制造各種尺寸和形狀的支架和導(dǎo)管。盡管3D打印神經(jīng)再生支架的復(fù)雜結(jié)構(gòu)可用于治療各種神經(jīng)系統(tǒng)損傷和疾病，但面對脊髓損傷和退行性疾病等復(fù)雜神經(jīng)微環(huán)境仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。3D 打印神經(jīng)模型可以模仿神經(jīng)的結(jié)構(gòu)特性，有助于研究人員研究疾病機(jī)制和開發(fā)新療法。為應(yīng)對復(fù)雜的神經(jīng)疾病環(huán)境，研究人員不斷探索新的生物材料和 3D 打印策略，以提高神經(jīng)再生的成功率。

河南科技大學(xué)賀劍博士、成都大學(xué)胡旭麟教授以及中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所張相春研究員綜述了3D打印神經(jīng)再生支架的研究現(xiàn)狀和改進(jìn)策略。重點(diǎn)概述了用于神經(jīng)再生的材料和構(gòu)建神經(jīng)再生支架的3D打印技術(shù)，以及治療效果。最后，討論了3D打印神經(jīng)再生支架的設(shè)計(jì)策略。相關(guān)工作以題為“Advanced strategies for 3D-printed neural scaffolds: materials, structure, and nerve remodeling”的文章發(fā)表在2024年02月06日的國際頂級期刊《Bio-Design and Manufacturing》。   

圖1 神經(jīng)再生支架的設(shè)計(jì)策略與構(gòu)建方式

根據(jù)人體神經(jīng)系統(tǒng)的解剖位置和功能不同，可分為中樞神經(jīng)系統(tǒng)和周圍神經(jīng)系統(tǒng)。中樞神經(jīng)系統(tǒng)是神經(jīng)系統(tǒng)的核心，位于人體內(nèi)部，包括大腦和神經(jīng)系統(tǒng)。周圍神經(jīng)主要負(fù)責(zé)傳遞感覺和運(yùn)動(dòng)信息，并控制四肢的活動(dòng)和反應(yīng)。周圍神經(jīng)修復(fù)的研究主要涉及以下幾個(gè)方面：3D打印技術(shù)、電神經(jīng)刺激及神經(jīng)營養(yǎng)劑、神經(jīng)干細(xì)胞移植、新型神經(jīng)再生材料等。相比之下，中樞神經(jīng)系統(tǒng)的修復(fù)相對困難，更多采用干細(xì)胞移植治療等療法。

圖2 3D打印結(jié)合干細(xì)胞療法指導(dǎo)中樞神經(jīng)和周圍神經(jīng)修復(fù)

圖3 使用靜電紡絲制備的神經(jīng)再生支架  

圖4 3D打印技術(shù)制備的神經(jīng)再生支架

圖5  基于天然聚合物制備的3D打印支架

圖6 基于合成聚合物制備的3D打印神經(jīng)再生支架

圖7 自體神經(jīng)移植材料構(gòu)建的3D神經(jīng)再生支架  

圖8 3D打印神經(jīng)支架促進(jìn)周圍神經(jīng)再生

圖9 3D 打印神經(jīng)支架促進(jìn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)再生

圖10 促進(jìn)骨修復(fù)的3D 打印神經(jīng)支架

本文要點(diǎn)
綜上，用于制備3D打印支架的材料難以匹配復(fù)雜的神經(jīng)環(huán)境是神經(jīng)再生治療面臨的重大難題。3D打印神經(jīng)支架結(jié)合了多種生物材料和藥物，可以加速神經(jīng)系統(tǒng)的病理研究和臨床治療。3D打印技術(shù)的更新和新材料的發(fā)展有效提高神經(jīng)支架治療效果。然而，目前構(gòu)建神經(jīng)支架的方法仍然面臨一些挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)包括難以生產(chǎn)大規(guī)模、均勻排列的纖維、機(jī)械強(qiáng)度不足以及電絕緣問題，所有這些都需要進(jìn)一步改進(jìn)。此外，雖然可生物降解的3D打印支架支持神經(jīng)細(xì)胞的生長和存活，但整合不同類型的細(xì)胞以協(xié)同促進(jìn)神經(jīng)再生也仍然是一個(gè)障礙。未來，先進(jìn)的3D打印技術(shù)、神經(jīng)生長劑和多功能材料結(jié)合將推動(dòng)神經(jīng)再生支架的研發(fā)與應(yīng)用。


文章來源：https://doi.org/10.1007/s42242-024-00291-5