研究内容简介
图1.生物3D打印构建仿生神经支架用于大鼠脊髓损伤修复。脊髓损伤（SCI）是一种严重的中枢神经系统创伤性疾病，临床表现为损伤段位以下局部甚至全部肢体感觉以及运动功能暂时或永久性丧失，不仅会给患者本人带来身体和心理的严重伤害，还会对整个社会造成巨大的经济负担。其治疗与康复已成为目前医学界的一大难题。近年来生物3D打印技术的快速发展为脊髓损伤修复提供了新的策略。它将生物材料、细胞以及生物活性因子等组成生物墨水进行活细胞打印，可以更好地模拟组织或者器官的力学性能、生理结构和生物功能，从而实现组织/器官的快速精准制造与损伤修复。由于神经干细胞（NSCs）的敏感性和脆弱性，基于NSCs的生物3D打印存在着可选择的生物墨水种类少，生物打印过程繁琐，打印后细胞存活率低，细胞-支架相互作用弱等问题，从而极大地限制了其在SCI治疗中的应用。针对上述挑战，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张智*研究团队利用生物3D打印技术构建了一种具有脊髓仿生结构的神经支架，为NSCs的存活及其向神经元分化提供了良好的微环境，应用于SD大鼠的脊髓损伤治疗。在该治疗策略中，研究人员创新性设计、制备了由羟丁基壳聚糖（HBC）、巯基透明质酸（HA-SH）、二乙烯砜基透明质酸（HA-VS）以及基质胶（MA）组成的具有良好可打印性及生物相容性的生物墨水HBC/HA/MA。一方面利用HBC优越的温度响应性使生物墨水在细胞培养温度下（37℃）能够快速固化成型（固化时间低于20秒），另一方面利用HA-SH和HA-VS之间发生迈克尔加成反应自发二次交联，实现“一步法”打印NSCs神经仿生支架。打印过程流畅，打印后的支架结构稳定，支架内NSCs的存活率可高达95%。随后通过对支架的生物信号（MA）、力学性能、孔径大小等多因素的优化，有效增强了细胞-细胞以及细胞-支架之间的相互作用，从而显著促进了NSCs向神经元的分化。在此基础上，研究人员考察了该3D神经支架在SCI大鼠中对脊髓损伤的修复效果。实验结果表明，在3D打印支架保护下植入的NSCs在体内存活时间长达12周，并且分化成神经元，形成神经纤维，实现轴突再生，显著改善了SCI大鼠后肢运动功能。综上所述，该研究通过“一步法”生物3D打印构建了仿脊髓结构的神经支架，为脊髓损伤修复提供了一种新的思路。中科院苏州纳米所博士生刘晓云为该论文第一作者，苏州纳米所张智*研究员和*洁副研究员为该论文的共同通讯作者，同时该工作得到中国科学院遗传与发育生物学研究所戴建武研究员和苏州纳米所张珽研究员的通力合作。课题组简介中科院苏州纳米所张智*研究员：博导，年在日本关西学院大学获理学博士。此后曾在日本名古屋大学、加拿大国家研究院和McGill大学从事纳米研究。年底回国加入苏州纳米所，任研究员、课题组长。近年来主要从事生物材料与干细胞再生医学、纳米载药系统与诊疗一体化纳米平台的构建研究。迄今在《NatureMaterials》，《NanoLetters》，《AdvancedMaterials》以及《Biomaterials》等国际学术刊物发表论文余篇，获美国专利1项、中国专利9项。年以来以通讯/共同通讯作者发表SCI论文50余篇，共引用余次，其中单篇引用最高为余次。获教育部自然科学奖二等奖（排名第2，）。近年来承担了国家重点研发计划、中国科学院战略先导科技专项以及中国科学院重点部署项目等科研课题。
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