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3D打印神經(jīng)干細(xì)胞在中樞神經(jīng)系統(tǒng)修復(fù)中的應(yīng)用潛力

供稿人:潘兵磊 王玲   發(fā)布日期:2017-09-10

在全球范圍內(nèi),由中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷引起的神經(jīng)退化疾病的患病率越來越高,許多中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病,如帕金森綜合征、老年癡呆癥等,都是由于神經(jīng)退化過程引起的。但是目前沒有有效的方法來治療這些神經(jīng)退化疾病。細(xì)胞移植療法為治療神經(jīng)退化疾病提供了新的途徑。

3D生物打印技術(shù)作為一種強(qiáng)大的工具在組織工程中得以廣泛應(yīng)用,臺(tái)灣大學(xué)的Fu-Yu Hsieh等對(duì)3D打印神經(jīng)干細(xì)胞進(jìn)行相關(guān)研究,并探尋其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)修復(fù)中的應(yīng)用潛能。該研究采用的支架材料是熱敏性可降解聚氨酯水凝膠(PU1和PU2),其能夠在37℃左右成膠并維持形態(tài),嵌入細(xì)胞為斑馬魚神經(jīng)干細(xì)胞。3D打印神經(jīng)干細(xì)胞的原理圖圖1(A)所示,打印出的效果如圖1(B)所示。

圖1 (A) 3D打印神經(jīng)干細(xì)胞的原理圖 (B)打印結(jié)構(gòu)的微觀及宏觀效果圖

將包埋有神經(jīng)干細(xì)胞的水凝膠支架打印成形之后,在0h和72h后比較包埋在不同濃度PU1和PU2中神經(jīng)干細(xì)胞的增值情況,如圖2所示。結(jié)果顯示PU2水凝膠比PU1水凝膠更適合于神經(jīng)干細(xì)胞的生長(zhǎng)。

為了探索3D打印神經(jīng)干細(xì)胞在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的影響,該團(tuán)隊(duì)將該支架植入預(yù)先損傷的斑馬魚胚胎中,一段時(shí)間后研究該移植支架對(duì)已損傷神經(jīng)系統(tǒng)的修復(fù)情況,結(jié)果顯示,25~30% PU2水凝膠支架對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)損傷的修復(fù)有較好的效果。圖3所示為一段時(shí)間后標(biāo)記有PKH26的神經(jīng)干細(xì)胞在斑馬魚胚胎中的分布情況。

圖2 3D打印PU水凝膠中神經(jīng)干細(xì)胞圖像 (A)30% PU1 (B) 25% PU1 (C) 25% PU2 (D) 25% PU2
圖3標(biāo)記有PKH26的神經(jīng)干細(xì)胞在斑馬魚胚胎中的分布情況。 (A)損傷胚胎和PBS (B)損傷胚胎和NSCs (C)損傷胚胎和嵌入NSC的30% PU1水凝膠(D)損傷胚胎和嵌入NSC的25% PU1水凝膠 (E)損傷胚胎和嵌入NSC的30% PU2水凝膠(F)損傷胚胎和嵌入NSC的25% PU2水凝膠

該團(tuán)隊(duì)的最終結(jié)果表明,使用PU水凝膠3D打印神經(jīng)干細(xì)胞具有較好的活性,并且在斑馬魚神經(jīng)損傷模型中,3D打印的神經(jīng)干細(xì)胞顯示出了具有神經(jīng)系統(tǒng)修復(fù)的潛力,為我們以后治療神經(jīng)退化疾病的治療提供了一種新的可行性方案。

參考文獻(xiàn):

  1. 1.Fu-Yu Hsieh, Hsin-Hua Lin, Shan-hui Hsu. 3D bioprinting of neural stem cell-laden thermoresponsive biodegradable polyurethane hydrogel and potential in central nervous system repair[J]. Biomaterials 71 (2015) 48-57.
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