使癱瘓小鼠恢復行走功能，Matricelf公司3D生物打印應用于工程神經(jīng)組織見奇效

2022年2月9日，南極熊獲悉，以色列再生醫(yī)學公司Matricelf已經(jīng)在癱瘓的小鼠身上成功測試了一種首創(chuàng)的3D打印脊髓組織植入物，使它們重新恢復了行走功能。

利用特拉維夫大學（TAU）開發(fā)的3D生物打印技術(shù)，Matricelf公司成功地3D打印并將人類組織脊髓植入患有急性和慢性癱瘓的小鼠體內(nèi)。所有急性癱瘓的小鼠都恢復了行走能力，而慢性癱瘓的小鼠的成功率為80%。

預計到2024年底，Matricelf公司的3D打印脊髓植入物會進入人體試驗階段。他們還表示，治療癱瘓的方法可能只需要幾年時間就會面世。

Matricelf公司首席執(zhí)行官AsafToker說："這是一項了不起的科學成就，代表了Matricelf公司的創(chuàng)新和獨特技術(shù)在為脊髓損傷患者開發(fā)完整的自體神經(jīng)植入物方面的潛力。毫不客氣的說，這項研究的結(jié)果為未來的動物研究走向人體臨床試驗鋪平了道路。“

△Matricelf的3D生物打印脊髓過程的階段。圖片來自Matricelf。

Matricelf的3D生物打印技術(shù)

Matricelf的最新進展是在上個月與TAU的技術(shù)轉(zhuǎn)讓公司Ramot簽署了一項正在申請專利的3D生物打印技術(shù)的全球獨家許可協(xié)議之后取得的。該技術(shù)在過去十年中一直由TAU生物技術(shù)系的Tal Dvir教授開發(fā)，他也是Matricelf的創(chuàng)始人之一和該公司的首席科學官。

這項生物打印技術(shù)是通過同時3D打印來自病人的細胞和細胞外基質(zhì)（ECM）來制造活的人體組織和器官。該過程利用了液體納米顆粒來穩(wěn)定打印的結(jié)構(gòu)，確保高分辨率和精度，然后在打印后從結(jié)構(gòu)中提取。

目前該技術(shù)正在美國和歐洲進行專利審批程序，在2019年被用于生產(chǎn)世界上第一個3D打印心臟，其中包括細胞、血管、心室和心房。

△特拉維夫大學的3D生物打印心臟。照片AFP/Jack Guez。

有望成為治療癱瘓的新方法

Matricelf公司在一篇新的論文中公布了其突破性研究的細節(jié)，Dvir聲稱這標志著歷史上第一次工程化人類組織在長期慢性癱瘓的動物模型中產(chǎn)生了恢復效果。

由于這目前是與人類癱瘓治療最相關(guān)的模型，該研究為利用3D生物打印技術(shù)開發(fā)未來的治療方法帶來了巨大希望。

科學家們首先從病人身上取了一小塊含有細胞和ECM的腹部脂肪組織的活檢。將細胞從ECM中分離出來后，研究小組使用基因工程對細胞進行重新編程，并將其恢復到類似于胚胎干細胞的狀態(tài)，能夠成為身體中的任何類型的細胞。

捐贈者植入物的主要問題之一是它們在植入后容易引發(fā)免疫反應和排斥反應。該團隊希望通過使用患者的ECM形成個性化水凝膠的基礎，將干細胞封裝在其中，來克服這一問題。然后，通過模仿脊髓的胚胎發(fā)育過程，將細胞轉(zhuǎn)化為包含運動神經(jīng)元的3D打印的神經(jīng)網(wǎng)絡植入物。

脊髓植入物隨后被植入一組小鼠體內(nèi)，其中一半小鼠最近癱瘓（急性癱瘓），另一半小鼠癱瘓時間相當于人類一年（慢性癱瘓）。

在植入和快速康復過程中，所有急性癱瘓的小鼠都恢復了行走能力，而80%的慢性癱瘓小鼠則恢復了行走能力。

Matricelf已經(jīng)與美國食品和藥物管理局（FDA）進行了討論，現(xiàn)在正計劃在2024年底對其3D打印脊髓植入物進行首次人體臨床試驗。與此同時，該公司將繼續(xù)在實驗室大鼠身上進行更多的療效和安全試驗。

"我們希望在未來幾年內(nèi)開始人類的臨床試驗，并最終讓這些病人重新站起來，"Dvir說。"這項創(chuàng)新技術(shù)可以作為產(chǎn)生各種工程組織的平臺，用于治療更多的醫(yī)療條件。"

△脊髓植入物的生成和特征。圖片來自Matricelf。

關(guān)于這項研究的更多信息可以在《高級科學》雜志上發(fā)表的題為 "Regeneratingthe injured spinal cord at the chronic phase by engineered iPSCs-derived 3Dneuronal networks"的論文中找到。該研究由L. Wertheim, R. Edri,Y. Goldshmit, T. Kagan, N. Noor, A. Ruban, A. Shapira, I. Gat-Viks, Y. Assaf,and T. Dvir共同撰寫。

相關(guān)論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202105694

脊髓治療的進展

與其他許多再生醫(yī)學應用一樣，3D打印在改善和提高脊柱手術(shù)和治療的成功率方面有著極為廣闊的前景。雖然到目前為止，Matricelf的突破在實現(xiàn)現(xiàn)實世界的人類應用方面似乎是最遠的，但近年來在這個領域還有其他幾家機構(gòu)取得了值得注意的進展。

早在2018年，明尼蘇達大學的研究人員開發(fā)了一種帶有活細胞的3D打印支架原型，有可能幫助脊髓損傷患者恢復一些功能。這種生物打印的支架由硅膠和干細胞制成，可以放在病人的脊髓內(nèi)，作為一種位于損傷周圍的活神經(jīng)細胞之間的橋梁。同時，2019年，加州大學圣地亞哥分校的科學家們成功地3D打印了一個兩毫米長的脊髓植入物，以修復大鼠的脊髓損傷。

關(guān)于手術(shù)應用，骨科植入物公司4WEB Medical在2020年為其3D打印自旋植入物組合增加了一個獨立的前自旋桁架系統(tǒng)，旨在為外科醫(yī)生在脊柱手術(shù)中提供幫助。

最近，總部位于德克薩斯州的3D打印骨科設備開發(fā)商Orthofix Medical公司推出了新的FORZA Ti PLIF墊片系統(tǒng)，將應用到后路腰椎間盤融合手術(shù)中。