用于脊髓损伤修复的仿生3d打印支架

目前对功能组织的生物打印方法缺乏适当的生物制造技术来构建复杂的三维微结构，这对指导细胞生长和促进组织成熟至关重要1。中枢神经系统（CNS）结构的3D打印尚未完成，可能是由于中枢神经系统结构的复杂性。在这里，我们报道了使用一种微尺度连续投影打印方法（μCPP）来创建一个复杂的中枢神经系统结构，用于脊髓的再生医学应用。μCPP可以在1.6秒内打印出根据啮齿动物脊髓尺寸定制的3D仿生水凝胶支架，并可扩展到人类脊髓大小和病变几何形状。我们在啮齿类动物体内测试了装载神经祖细胞（NPCs）的µCPP 3d打印支架支持轴突再生并在完全脊髓损伤部位形成新的“神经中继”的能力。我们发现损伤的宿主轴突再生成3D仿生支架，突触到植入设备的npc上，植入npc进而将轴突延伸出支架和损伤下方的宿主脊髓，以恢复突触传递并显著改善功能结果。因此，三维仿生支架提供了一种通过精确医学来促进中枢神经系统再生的手段。在美国，有超过50万人患有脊髓损伤（SCI），从而造成了巨大的心理和经济成本。3D打印技术允许制造个性化的支架，“适合”个体损伤的精确解剖，以刺激、引导和对齐轴突再生。普通的喷墨或挤压生物打印可以创建简单的结构，如软骨或血管4，但μ CPP可以使用各种生物材料和细胞创建复杂的三维结构5（图1a）（图1b）。喷墨或挤压打印可以通过液滴或线条之间的人工界面损害机械完整性；μ CPP无层印刷结构不显示平面伪影（界面）。只需1.6秒就需要打印一个2毫米的支架（补充视频1），其速率~比传统的喷嘴打印机快1000×5。使用聚焦光进行聚合，可以产生1 μ m的打印分辨率。我们设计了一种支持损伤后再生的大鼠脊髓支架(图1a)。直径200 μ m的微通道与损伤上下寄主轴突束对齐(图1d,e)。脊髓内部的“灰质”区域通常在损伤部位下方没有轴突;因此，我们将该区域做实，以增强结构的完整性(图1d)。支架的弹性模量260 – 300kpa(图1k)，与正常脊髓(200 – 600kpa)相似6-8。...................