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3D生物支架在脊髓损伤修复领域的研究方向2022-11-25 09:12:05

透明质酸是生物3D打印的重要生物材料,是一种天然的细胞外基质成分。有研究表明负载有间充质干细胞的透明质酸生物支架可以在脊髓损伤节段形成有序的神经纤维序列。但是将透明质酸用于生物3D打印制作出的3D支架时,不仅可以促进神经纤维的生成和干细胞向神经分化,更可以通过3D支架中稳固的腔管通道促进轴突的再生,形成具有一定三维结构的神经网络。

壳聚糖具有良好的力学性能,可以弥补胶原、明胶等机械性能差的材料的不足。壳聚糖支架用于脊髓损伤移植时常可以促进血管的重建,这对于脊髓损伤后缺血而引发的继发损伤具有明显的疗效。LIU等将一种包含脑源性神经营养因子的壳聚糖胶原3D生物支架移植入大鼠脊髓损伤模型中,发现支架可以维持脑源性神经营养因子的缓慢释放,而且减少了炎症因子的分泌,在损伤节段形成了类似于血管的管腔样结构,实现了促进神经再生、改善功能恢复的效果。
 
上述单一材料虽各具优势,但作为支架仍难以满足脊髓组织结构的所有要求,常需要通过将两种或两种以上生物材料联合使用,取长补短,提高材料性能,以期得到一种理想的脊髓修复材料。例如,虽然胶原蛋白是一种很有前途的生物材料,具有良好的相容性,但其力学性能较差,降解速度太快。而壳聚糖已被成功地用于改善大鼠脊髓横断组织间隙以弥补胶原的不足。同时壳聚糖的降解时间较长,可以通过调整两种材料的比例调节降解速度。因此,两种或多种材料的结合可以克服单一材料的局限性。
 
天然材料在生物相容性方面具有更大的优势,但是很多天然材料如明胶和胶原的物理性能较差,通过生物3D打印技术制作出的支架难以维持其结构,容易塌陷,从而失去了3D生物支架的优势,导致治疗效果欠佳。因此,在支架中添加具备特定功能的合成材料成为了很多研究者的选择。例如,聚乳酸3D支架具有一定机械性能的同时,还可以通过调节比例而调整降解的周期,可以针对不同组织实现对应的支架降解速度。加入聚苯乙,聚吡咯等导电材料对于恢复神经的电生理特性和达到健康神经范围内的神经传导速率非常重要,这是实现更好的功能恢复所必需的。其他常用的合成聚合物还有聚乙二醇、聚己内酯和聚乳酸等,合成聚合物的使用往往是为了满足支架特定的功能需求,根据不同的功能需要添加合适的合成聚合物也是3D生物支架在脊髓损伤修复领域的研究方向之一。
 
出自《3D生物打印支架修复损伤脊髓的作用特点》作者酒精卫,刘海峰,王桂杉。