3D生物打印無支架神經(jīng)結(jié)構(gòu)促進大鼠面神經(jīng)再生

作者：潘兵磊 王玲

外周面神經(jīng)損傷通常是由外傷、手術(shù)切除良性或惡性頭部或頸部腫瘤等引起的。常采用自體神經(jīng)移植的方式來進行面部神經(jīng)節(jié)段性缺損的重建，然而，永久性供區(qū)發(fā)病率、犧牲供神經(jīng)的可用性、額外手術(shù)或手術(shù)時間延長，明顯限制了該方法的臨床應(yīng)用。為了彌補自體神經(jīng)移植的缺陷，結(jié)合最先進的3D生物制造技術(shù)、采用容易獲得的干細(xì)胞和各種類型的生物材料/支架來制造組織工程神經(jīng)結(jié)構(gòu)，正成為一種促進周圍神經(jīng)再生的新方法。

美國賓夕法尼亞大學(xué)的Qunzhou Zhang團隊探討了人牙齦源性間充質(zhì)干細(xì)胞(GMSCs)作為3D生物打印無支架神經(jīng)結(jié)構(gòu)中唯一的細(xì)胞成分的潛在用途，驗證該細(xì)胞可移植到大鼠面部神經(jīng)缺損的可行性。

圖1. 三維GMSCs細(xì)胞球體的生成

該團隊從人類牙齦組織(GMSCs)中分離出一種獨特的源于神經(jīng)嵴的MSC亞群。將GMSCs細(xì)胞進行培養(yǎng)，進行免疫細(xì)胞化學(xué)研究。采用流式細(xì)胞術(shù)檢測GMSC細(xì)胞球的凋亡和壞死。在二維和三維膠原支架上分別研究GMSCs細(xì)胞和GMSCs細(xì)胞球向神經(jīng)細(xì)胞的分化趨勢。采用3D生物打印方式制造含GMSCs細(xì)胞的無支架神經(jīng)組織，培養(yǎng)一段時間后將其植入成年大鼠面部，運用面癱評分進行面部功能分析，記錄肌肉動作電位，最后進行組織學(xué)和免疫組化研究。

圖2.將GMSC球體3D生物打印無支架神經(jīng)結(jié)構(gòu)

該研究證明了GMSCs傾向于形成致密的三維球體，其直徑在400~500 um之間，也可以產(chǎn)生自己的細(xì)胞外基質(zhì)，因此適用于3D生物打�。▓D1）。當(dāng)在2D或3D膠原支架條件下培養(yǎng)時，GMSC球蛋白比其粘附物更容易分化為神經(jīng)元細(xì)胞和神經(jīng)鞘樣細(xì)胞。3D生物打印神經(jīng)移植物縱、橫切片的組織學(xué)分析顯示其具有排列整齊的神經(jīng)樣結(jié)構(gòu)（圖2），證明了3D生物打印無支架神經(jīng)組織的可行性。將3D生物打印神經(jīng)移植到大鼠面神經(jīng)頰后，7周的面癱評分高于硅膠管對照組（圖3）。

圖3. 3D生物打印無支架神經(jīng)組織移植可促進大鼠面神經(jīng)缺損的再生

最近的研究表明，人類GMSC具有誘導(dǎo)成神經(jīng)祖細(xì)胞樣細(xì)胞(NPCs)的傾向，其對周圍神經(jīng)再生的治療效果優(yōu)于親代GMSC。同時，該團隊的研究展示了利用可植入的GMSC球面體構(gòu)建三維生物打印無支架神經(jīng)的可行性，促進了大鼠面神經(jīng)缺損的修復(fù)和再生。因此，目前的研究提供了大量證據(jù)表明，GMSCs是一種易于獲得的干細(xì)胞來源，可作為細(xì)胞成分用于3D生物打印無支架神經(jīng)構(gòu)建，以滿足臨床對周圍神經(jīng)修復(fù)和再生的日益增長的需求。

供稿人：潘兵磊 王玲
供稿單位：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室