供稿人：李翏合、高琳 供稿單位：西安交通大學精密微納制造技術全國重點實驗室 發(fā)布日期：2024-09-13
脊髓損傷可引起運動或感覺神經元或神經束的永久性損傷，進而導致運動或感覺功能的喪失或損害。神經干細胞移植由于具有神經保護、免疫調節(jié)和軸突再生等優(yōu)點，一直被認為是治療脊髓損傷的有效方法。最近的研究表明，對神經干細胞在移植前一段時間進行體外預培養(yǎng)可以帶來更好的再生效果。在體外培養(yǎng)過程中，高密度包裝神經細胞可顯著加速神經成熟，促進軸突生長。同軸打印的核殼水凝膠微纖維可以將大量細胞包裹在核心部分，神經細胞可以在其中快速生長成神經組織結構。因此預培養(yǎng)的神經干細胞水凝膠支架通過促進抗炎作用、軸突再生和運動功能恢復，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，從小鼠的胚胎皮質組織提取的原代神經干細胞與氧化透明質酸（OHA）和羧甲基殼聚糖（CMC）混合作為核心生物墨水，通過同軸針的內部通道擠出。研究人員檢查了打印后的細胞活力，發(fā)現擠出后細胞活性良好，且初始細胞密度對擠壓后細胞活性的影響不顯著。
圖1 神經細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與基質膠或纖維蛋白原混合物中的神經細胞的增殖情況，結果表明細胞在OHA-CMC-基質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后神經細胞在二維培養(yǎng)皿和三維微纖維中的表型，發(fā)現與在培養(yǎng)皿中二維誘導的神經細胞相比，微纖維中的細胞的分化效率顯著提高。
為了保護水凝膠微纖維在體內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)現在損傷后，植入了微纖維的小鼠的運動恢復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小鼠后肢保持僵硬。
圖2 神經細胞水凝膠微纖維在完全性脊髓損傷小鼠體內移植
研究人員指出，該研究證明了具有高細胞密度的核殼型微纖維具有用于脊髓損傷修復的體內移植的可行性。使用同軸打印方法制造的神經細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。