供稿人：李翏合、高琳 供稿單位：西安交通大學(xué)精密微納制造技術(shù)全國重點實驗室 發(fā)布日期：2024-09-13
脊髓損傷可引起運動或感覺神經(jīng)元或神經(jīng)束的永久性損傷，進(jìn)而導(dǎo)致運動或感覺功能的喪失或損害。神經(jīng)干細(xì)胞移植由于具有神經(jīng)保護(hù)、免疫調(diào)節(jié)和軸突再生等優(yōu)點，一直被認(rèn)為是治療脊髓損傷的有效方法。最近的研究表明，對神經(jīng)干細(xì)胞在移植前一段時間進(jìn)行體外預(yù)培養(yǎng)可以帶來更好的再生效果。在體外培養(yǎng)過程中，高密度包裝神經(jīng)細(xì)胞可顯著加速神經(jīng)成熟，促進(jìn)軸突生長。同軸打印的核殼水凝膠微纖維可以將大量細(xì)胞包裹在核心部分，神經(jīng)細(xì)胞可以在其中快速生長成神經(jīng)組織結(jié)構(gòu)。因此預(yù)培養(yǎng)的神經(jīng)干細(xì)胞水凝膠支架通過促進(jìn)抗炎作用、軸突再生和運動功能恢復(fù)，成為治療脊髓損傷的一種有前景的方法。
近日，電子科技大學(xué)徐如祥等團隊采用同軸擠出工藝來制造核心部分具有高細(xì)胞密度的核殼水凝膠微纖維。如圖1所示，從小鼠的胚胎皮質(zhì)組織提取的原代神經(jīng)干細(xì)胞與氧化透明質(zhì)酸（OHA）和羧甲基殼聚糖（CMC）混合作為核心生物墨水，通過同軸針的內(nèi)部通道擠出。研究人員檢查了打印后的細(xì)胞活力，發(fā)現(xiàn)擠出后細(xì)胞活性良好，且初始細(xì)胞密度對擠壓后細(xì)胞活性的影響不顯著。
圖1 神經(jīng)細(xì)胞水凝膠微纖維的同軸打印制備流程
研究人員對比了封裝在OHA-CMC與基質(zhì)膠或纖維蛋白原混合物中的神經(jīng)細(xì)胞的增殖情況，結(jié)果表明細(xì)胞在OHA-CMC-基質(zhì)膠中具有更強的增殖潛能。此外，NSC在15天的培養(yǎng)過程中逐漸遷移和分化。研究人員觀察分化誘導(dǎo)后神經(jīng)細(xì)胞在二維培養(yǎng)皿和三維微纖維中的表型，發(fā)現(xiàn)與在培養(yǎng)皿中二維誘導(dǎo)的神經(jīng)細(xì)胞相比，微纖維中的細(xì)胞的分化效率顯著提高。
為了保護(hù)水凝膠微纖維在體內(nèi)移植過程中免于塌陷，如圖2所示，研究人員采用靜電紡絲聚乳酸（PLA）納米纖維片作為涂層，以保持微纖維的完整性。研究人員將卷起的PLA片材作為導(dǎo)管，把涂有PLA的微纖維插入小鼠病變處。與對照組相比，微纖維組表現(xiàn)出更高的抗炎作用和病灶腔填充率，同時有利于血管和神經(jīng)元的生成。與此同時，研究人員連續(xù)監(jiān)測并評估脊髓損傷小鼠的行為活動，發(fā)現(xiàn)在損傷后，植入了微纖維的小鼠的運動恢復(fù)情況明顯好于對照組和空白組，損傷第8周后植入了微纖維的小鼠偶爾可以用爪子抓地，而對照組和空白組的大多數(shù)小鼠后肢保持僵硬。
圖2 神經(jīng)細(xì)胞水凝膠微纖維在完全性脊髓損傷小鼠體內(nèi)移植
研究人員指出，該研究證明了具有高細(xì)胞密度的核殼型微纖維具有用于脊髓損傷修復(fù)的體內(nèi)移植的可行性。使用同軸打印方法制造的神經(jīng)細(xì)胞水凝膠微纖維是一種有前途的生物活性治療方法，可用于開發(fā)完整的脊髓損傷治療工程模型。