生物3D打印神经化构建体用于多种组织再生与功能恢复方面获进展

文章来源： 上海硅酸盐研究所

神经作为人体的中枢系统，在调节和控制其他组织/器官的生理功能和代谢稳态等方面发挥作用。此外，组织再生是动态且复杂的生理过程，需要多种信号、细胞和生长因子的协同作用。在损伤初期，神经率先感知损伤信号并做出反应，通过分泌多种神经递质和神经肽等调节再生微环境，从而积极参与组织再生。因此，构建具有神经调节功能的生物活性支架，对于加速组织再生与恢复生理功能颇为重要。

近日，中国科学院上海硅酸盐研究所研究员吴成铁带领的团队，在生物3D打印神经构建体用于复杂组织再生方面取得进展。针对神经调控组织再生及功能化这一关键要素，该研究将硅酸盐生物陶瓷基生物墨水与神经干细胞相结合，采用生物3D打印技术，构建出神经化构建体。研究发现，硅酸盐生物陶瓷赋予神经构建体神经活性和多细胞调控功能，使其可作为通用的神经化平台以促进多种组织的修复再生与功能恢复。

该研究基于锂、钙、硅元素的促神经分化及神经保护作用，开发了基于Li-Ca-Si（LCS）生物陶瓷的生物墨水，并将其与神经干细胞结合，运用生物3D打印技术制备出功能化的神经构建体。研究发现，LCS基生物墨水释放的多种活性离子能够通过PI3K-AKT通路促进神经干细胞向神经元方向分化并诱导神经元成熟，展现出神经调控活性。此外，基于LCS生物墨水的神经构建体，展现出良好的多细胞调控功能，促进骨髓间充质干细胞的成骨分化、内皮细胞的成血管化以及与肌肉细胞形成神经肌肉接头等。在全横断脊髓损伤模型中，神经构建体能够刺激神经分化及血管化，促进脊髓损伤再生及恢复老鼠下肢运动功能；在颅骨损伤模型中，神经构建体可以诱导新生骨的形成、骨整合、血管化和神经支配，实现神经/血管化骨再生；在体积性肌肉损伤模型中，神经构建体能够诱导肌纤维的形成与成熟、血管化并增强神经支配，实现了神经/血管化肌肉再生。

该研究从神经调节组织再生角度出发制备的基于生物陶瓷/神经干细胞的神经构建体为实现复杂组织再生提供了潜在策略，并为新一代复杂组织工程生物材料的设计提供新思路。相关研究成果以Bioprinting of inorganic-biomaterial/neural-stem-cell constructs for multiple tissue regeneration and functional recovery为题，发表在《国家科学评论》（National Science Review）上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划等的支持。

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生物3D打印基于无机材料/神经干细胞的神经化构建体促进脊髓、颅骨和肌肉损伤等组织再生与功能恢复