RCSI研究人員開發(fā)3D打印植入物，可向受損部位傳遞電刺激修復(fù)脊髓損傷

2025年7月17日，南極熊獲悉，來自愛爾蘭皇家加拿大醫(yī)學(xué)與健康科學(xué)大學(xué)（RCSI）的一個(gè)研究小組開發(fā)了一種 3D 打印植入物，可以向脊髓受傷部位傳遞電刺激，為修復(fù)神經(jīng)損傷提供了一種潛在的新途徑。

有關(guān) 3D 打印植入物的詳細(xì)信息以題為“3D-Printing of Electroconductive MXene-Based Micro-Meshes in aBiomimetic Hyaluronic Acid-Based Scaffold Directs and Enhances ElectricalStimulation for Neural Repair Applications”的論文發(fā)表在《先進(jìn)科學(xué)》雜志上。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202503454

脊髓損傷是一種影響人生的疾病，可能導(dǎo)致癱瘓、感覺喪失和慢性疼痛。在愛爾蘭，有超過2300名脊髓損傷患者及其家庭，但目前尚無有效修復(fù)損傷的治療方法。然而，在損傷部位進(jìn)行治療性電刺激已被證明具有促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞（神經(jīng)元）再生的潛力。

皇家愛爾蘭科學(xué)技術(shù)學(xué)院（RCSI）研究與創(chuàng)新副校長(zhǎng)、生物工程與再生醫(yī)學(xué)教授、組織工程研究組（TERG）負(fù)責(zé)人費(fèi)格爾·奧布萊恩教授說道：“促進(jìn)脊髓損傷后神經(jīng)元的再生歷來非常困難，但我們的團(tuán)隊(duì)正在開發(fā)導(dǎo)電生物材料，可以將電刺激傳導(dǎo)至損傷部位，幫助身體修復(fù)受損組織。AMBER中心提供的獨(dú)特環(huán)境，讓生物醫(yī)學(xué)工程師、生物學(xué)家和材料科學(xué)家齊心協(xié)力，共同解決重大的社會(huì)挑戰(zhàn)，為此類顛覆性創(chuàng)新提供了重大機(jī)遇。”

△MXene和 MXene-PCL 表征。A) MXene 薄片形貌的 SEM 顯微照片；B) 元素組成的EDX 分析。C) 納米顆粒尺寸分布測(cè)量，表明平均粒徑為1.87 ± 1.18 µm。D) 真空退火 MXene 薄膜的 SEM，顯示層狀薄片形貌。E) 退火MXene 薄膜的導(dǎo)電性。F) 經(jīng) NAOH 處理的 PCL 表面表現(xiàn)出與 MXene 涂層薄膜相似的親水性（n  ≥ 8）。G) 涂層 PCL 薄膜產(chǎn)生不透明的黑色薄膜。H) 原子力顯微鏡尖端位移分析；I) MXene-PCL 薄膜。J) MXene-PCL 表面的高分辨率撓度測(cè)量，白色箭頭表示凸起的單層 MXene 薄片。

這項(xiàng)研究由愛爾蘭皇家科學(xué)學(xué)院（RCSI）TERG 和愛爾蘭先進(jìn)材料與生物工程研究中心（AMBER）的研究人員領(lǐng)導(dǎo)。研究團(tuán)隊(duì)使用了來自愛爾蘭圣三一學(xué)院化學(xué)學(xué)院 Valeria Nicolosi 教授實(shí)驗(yàn)室和 AMBER 的超薄納米材料（這些材料通常用于電池設(shè)計(jì)等應(yīng)用），并利用 3D 打印技術(shù)將它們集成到柔軟的凝膠狀結(jié)構(gòu)中。

最終的植入物模擬了人類脊髓的結(jié)構(gòu)，并具有由細(xì)小纖維組成的精細(xì)網(wǎng)格，可以將電流傳導(dǎo)至人體細(xì)胞。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試表明，植入物能夠有效地向神經(jīng)元和干細(xì)胞傳遞電信號(hào)，增強(qiáng)生長(zhǎng)能力。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)，調(diào)整植入物內(nèi)部的纖維布局可以進(jìn)一步提高有效性。

△PCL/MXene微網(wǎng)的熔融電寫。A) 不同孔徑微纖維網(wǎng)格（微網(wǎng)）的設(shè)計(jì)。B) 噴絲頭運(yùn)動(dòng)（紅色）和投影微網(wǎng)設(shè)計(jì)（藍(lán)綠色）的 SHAPR 模型。C) 纖維間距的變化導(dǎo)致微網(wǎng)橫截面積的顯著變化。D) 微網(wǎng)由交織的微纖維層形成，高度達(dá) 75 層。E) 優(yōu)化纖維沉積參數(shù)可實(shí)現(xiàn)高分辨率打印。F) 500、750 和 1000 微米微網(wǎng)的照片。G)PCL 和 PCL/MXene 微網(wǎng)的相應(yīng) SEM 顯微照片，展示了 500、750 和 1000 微米微纖維間距的有效生產(chǎn)。 H) MXene 涂層使 MXene 薄片均勻粘附在 PCL 表面，形成 I) 薄層插層。

TERG研究員、論文第一作者IanWoods博士說道：“這些3D打印材料使我們能夠調(diào)節(jié)電刺激的傳遞方式，從而控制再生，并可能催生新一代用于治療創(chuàng)傷性脊髓損傷的醫(yī)療器械。除了脊柱修復(fù)之外，這項(xiàng)技術(shù)還可能應(yīng)用于心臟、骨科和神經(jīng)系統(tǒng)治療，這些治療中，電信號(hào)可以促進(jìn)愈合。”

愛爾蘭皇家外科醫(yī)學(xué)院 (RCSI) 和AMBER 的研究人員與愛爾蘭橄欖球聯(lián)盟慈善信托基金 (IRFU-CT) 合作開展項(xiàng)目，并組建了一個(gè)顧問小組來監(jiān)督和指導(dǎo)這項(xiàng)研究。小組成員包括重傷橄欖球運(yùn)動(dòng)員、臨床醫(yī)生、神經(jīng)科學(xué)家和研究人員。

伍茲博士表示：“咨詢小組憑借他們的專業(yè)知識(shí)，幫助我們加深了對(duì)脊髓損傷患者生活經(jīng)歷、治療重點(diǎn)以及新興治療方法的理解。我們定期舉行會(huì)議，持續(xù)交流意見、想法和成果�！�

本研究得到了愛爾蘭橄欖球聯(lián)盟慈善信托基金、AMBER、愛爾蘭先進(jìn)材料和生物工程研究中心以及愛爾蘭研究委員會(huì)愛爾蘭政府博士后獎(jiǎng)學(xué)金的支持。