3D打印的“創(chuàng)可貼”高效遞送細(xì)胞實現(xiàn)盆神經(jīng)節(jié)損傷修復(fù)

來源： EFL生物3D打印與生物制造

2024年8月，中國核發(fā)了第一張細(xì)胞治療的許可證，這一里程碑標(biāo)志著未來將有更多細(xì)胞治療場景獲得許可，細(xì)胞治療的臨床應(yīng)用也將迎來蓬勃發(fā)展。然而，直接將細(xì)胞注射到體內(nèi)的方式面臨著細(xì)胞易流失和易凋亡的問題，導(dǎo)致治療效果的不穩(wěn)定。如果能夠開發(fā)出高效的細(xì)胞遞送方式，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒔M織的形式，無疑會顯著提高治療效果。因此，研發(fā)安全有效的細(xì)胞遞送系統(tǒng)是推動細(xì)胞治療進(jìn)入更多臨床應(yīng)用的關(guān)鍵。

創(chuàng)可貼/繃帶簡單易用，能否將這一概念引入到細(xì)胞遞送領(lǐng)域？為此，我們通過高精度3D打印成功開發(fā)出膜狀三維支架，實現(xiàn)了高效遞送的細(xì)胞創(chuàng)可貼。這種膜狀支架能夠迅速負(fù)載細(xì)胞，只需將細(xì)胞滴加到支架上，短時間內(nèi)便可形成具有機(jī)械強(qiáng)度的細(xì)胞片，操作過程簡單方便。使用時，它不僅可以像創(chuàng)可貼一樣直接貼于需要修復(fù)的創(chuàng)面，還能夠采用微創(chuàng)方式遞送，或通過手術(shù)縫合固定在目標(biāo)位置。由于打印支架所用的材料為在臨床上已廣泛應(yīng)用的可降解聚合物，細(xì)胞創(chuàng)可貼方案不需要做任何改進(jìn)便可直接應(yīng)用于臨床。

為了展示其細(xì)胞創(chuàng)可貼的臨床應(yīng)用潛力，EFL團(tuán)隊與浙江省人民醫(yī)院的張大宏團(tuán)隊合作，將創(chuàng)可貼應(yīng)用于盆腔神經(jīng)損傷修復(fù)中。隨著盆腔相關(guān)疾病檢出率的上升，外科手術(shù)逐漸成為盆腔相關(guān)疾病治療的主流方案。然而，這些手術(shù)的并發(fā)癥通常會導(dǎo)致盆腔神經(jīng)損傷，引發(fā)神經(jīng)源性膀胱（NB），表現(xiàn)為尿潴留和尿失禁，這對患者的身心健康和生活質(zhì)量產(chǎn)生了顯著影響，但目前尚無有效的治療方法，亟需創(chuàng)新性解決方案。

浙江大學(xué)的賀永教授和浙江省人民醫(yī)院的張大宏教授近期在《Nature Communications》上發(fā)表了題為“A tissue bandage for pelvic ganglia injury”的研究，報道了細(xì)胞創(chuàng)可貼及其在盆腔神經(jīng)損傷修復(fù)中的應(yīng)用探索。研究顯示，細(xì)胞創(chuàng)可貼表現(xiàn)出良好的修復(fù)效果，能夠通過增加損傷神經(jīng)內(nèi)細(xì)胞骨架蛋白的表達(dá)，增強(qiáng)內(nèi)穩(wěn)態(tài)，從而抵抗損傷并促進(jìn)修復(fù)。何晶博士和錢麟醫(yī)生為論文的共同一作，賀永和張大宏教授為共同通訊作者。

圖1 細(xì)胞創(chuàng)可貼TB（細(xì)胞繃帶）的制備和應(yīng)用   

1. 細(xì)胞創(chuàng)可貼的體外類組織特性
細(xì)胞創(chuàng)可貼/細(xì)胞繃帶（TB）的雙層結(jié)構(gòu)設(shè)計是其功能和廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。底層由接近細(xì)胞尺寸的微纖維（27.90 ± 2.49 μm）構(gòu)成，展現(xiàn)出優(yōu)良的柔性和細(xì)胞黏附特性。纖維之間形成的“à”字型節(jié)點，使底層的孔隙率中位數(shù)達(dá)到8.29k ± 0.14k μm²，促使細(xì)胞接種后能夠迅速形成完整的細(xì)胞片。頂層采用直徑為167.99 ± 7.39 μm的單向排列加強(qiáng)筋，這種設(shè)計不僅增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的機(jī)械剛度，還使得TB能夠有效纏繞于創(chuàng)面，從而在各種醫(yī)療實踐中實現(xiàn)靈活的應(yīng)用。TB的柔性和可卷曲特性使其具備良好的操作性，能夠適應(yīng)盆腔內(nèi)部復(fù)雜的解剖結(jié)構(gòu)，降低對組織的二次損傷風(fēng)險。

在該支架上培養(yǎng)的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（HUVECs）能夠形成模擬微組織結(jié)構(gòu)的緊密連接，這種連接有效防止了細(xì)胞泄漏，并增強(qiáng)了對體內(nèi)損傷環(huán)境的耐受能力，為細(xì)胞治療的應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。

RNA測序結(jié)果表明，TB上調(diào)了VEGFA的表達(dá)，并具有增強(qiáng)神經(jīng)修復(fù)能力，為神經(jīng)再生應(yīng)用提供了良好的適用性。這一設(shè)計使得新型創(chuàng)可貼不僅能夠向受損組織輸送治療細(xì)胞，促進(jìn)損傷部位更快愈合，同時還具備便捷的臨床操作性，易于推廣。

值得注意的是，我們的研究顯示，TB在無血清凍存液中可穩(wěn)定保存超過五個月，復(fù)蘇后仍能保持活性和治療效果。這一特性使得TB在臨床應(yīng)用中具有更大的靈活性和適應(yīng)性。此外，該設(shè)計不需要額外的化學(xué)改性，從而簡化了轉(zhuǎn)化過程中FDA的審批流程。同時，聚己內(nèi)酯（PCL）的生物降解性進(jìn)一步增強(qiáng)了其作為治療選擇的吸引力，預(yù)示著TB在未來臨床產(chǎn)品轉(zhuǎn)化中的可行性。   

圖2 TB的類組織特性

2. TB有助于維持大鼠膀胱功能
我們采用了大鼠盆腔神經(jīng)節(jié)（MPG）的擠壓損傷模型，探索與盆腔手術(shù)或創(chuàng)傷相關(guān)的神經(jīng)損傷及TB的治療效果。雄性大鼠顯示明顯的排尿困難和膀胱擴(kuò)張，適合評估治療效果。實驗結(jié)果表明，TB顯著改善了排尿功能，尿動力學(xué)測試顯示自主排尿和膀胱排空能力均有所增強(qiáng)，對減少膀胱并發(fā)癥和保護(hù)膀胱結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。通過對殘余尿量、功能行為及MPG和膀胱的病理分析，我們觀察到TB在治療MPG損傷方面具有重大意義。  

圖3 2周后檢測動物排尿行為及尿動力學(xué)

3.神經(jīng)損傷修復(fù)的原因
我們對受損神經(jīng)節(jié)的病理評估顯示神經(jīng)元和神經(jīng)纖維的損傷、炎癥及纖維化等跡象。然而，在早期階段將TB包裹于受損的MPG，能夠有效遞送HUVECs并上調(diào)VEGFA表達(dá)水平，促進(jìn)血管生成并保護(hù)神經(jīng)完整性，從而減少對功能性神經(jīng)元和軸突的損傷。此外，髓鞘的保護(hù)增強(qiáng)了MPG與膀胱之間神經(jīng)信號的傳遞。分析蛋白組學(xué)（TMT），結(jié)果表明，TB增強(qiáng)了盆腔神經(jīng)節(jié)細(xì)胞內(nèi)骨架蛋白的表達(dá)，增強(qiáng)了其對機(jī)械損傷的抵抗能力。這一創(chuàng)新不僅為治療盆腔神經(jīng)損傷提供了新方法，還為神經(jīng)生物學(xué)的未來研究開辟了新的方向。   

圖4 對比TB組與損傷組的蛋白差異揭示TB修復(fù)神經(jīng)節(jié)的原因

根據(jù)我們的研究，TB是處理盆腔神經(jīng)損傷的首個有效方法，標(biāo)志著這一領(lǐng)域的重要突破。TB憑借其獨特的柔性設(shè)計、良好的可操作性、生物降解性、低溫存儲能力以及轉(zhuǎn)化潛力，成為未來臨床應(yīng)用的理想候選者。TB作為一種理想載體，能夠高效負(fù)載多種細(xì)胞類型，這大大提升了活細(xì)胞向目標(biāo)組織的精準(zhǔn)遞送能力，從而顯著增強(qiáng)了治療效果。此外，TB在多個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用潛力也極具價值，包括口腔黏膜治療、傷口愈合、藥物遞送和類器官形成等。通過以微組織形式改善治療細(xì)胞的存活和功能，細(xì)胞創(chuàng)可貼為細(xì)胞療法提供了高效的遞送工具，促進(jìn)了細(xì)胞療法的快速發(fā)展。這些特點使TB在未來醫(yī)學(xué)治療中具有重要應(yīng)用前景。

文章來源：
https://doi.org/10.1038/s41467-024-53302-5