供稿人：李翏合、高琳 供稿单位：西安交通大学精密微纳制造技术全国重点实验室 发布日期：2024-09-13
脊髓损伤可引起运动或感觉神经元或神经束的永久性损伤，进而导致运动或感觉功能的丧失或损害。神经干细胞移植由于具有神经保护、免疫调节和轴突再生等优点，一直被认为是治疗脊髓损伤的有效方法。最近的研究表明，对神经干细胞在移植前一段时间进行体外预培养可以带来更好的再生效果。在体外培养过程中，高密度包装神经细胞可显著加速神经成熟，促进轴突生长。同轴打印的核壳水凝胶微纤维可以将大量细胞包裹在核心部分，神经细胞可以在其中快速生长成神经组织结构。因此预培养的神经干细胞水凝胶支架通过促进抗炎作用、轴突再生和运动功能恢复，成为治疗脊髓损伤的一种有前景的方法。
近日，电子科技大学徐如祥等团队采用同轴挤出工艺来制造核心部分具有高细胞密度的核壳水凝胶微纤维。如图1所示，从小鼠的胚胎皮质组织提取的原代神经干细胞与氧化透明质酸（OHA）和羧甲基壳聚糖（CMC）混合作为核心生物墨水，通过同轴针的内部通道挤出。研究人员检查了打印后的细胞活力，发现挤出后细胞活性良好，且初始细胞密度对挤压后细胞活性的影响不显著。
图1 神经细胞水凝胶微纤维的同轴打印制备流程
研究人员对比了封装在OHA-CMC与基质胶或纤维蛋白原混合物中的神经细胞的增殖情况，结果表明细胞在OHA-CMC-基质胶中具有更强的增殖潜能。此外，NSC在15天的培养过程中逐渐迁移和分化。研究人员观察分化诱导后神经细胞在二维培养皿和三维微纤维中的表型，发现与在培养皿中二维诱导的神经细胞相比，微纤维中的细胞的分化效率显著提高。
为了保护水凝胶微纤维在体内移植过程中免于塌陷，如图2所示，研究人员采用静电纺丝聚乳酸（PLA）纳米纤维片作为涂层，以保持微纤维的完整性。研究人员将卷起的PLA片材作为导管，把涂有PLA的微纤维插入小鼠病变处。与对照组相比，微纤维组表现出更高的抗炎作用和病灶腔填充率，同时有利于血管和神经元的生成。与此同时，研究人员连续监测并评估脊髓损伤小鼠的行为活动，发现在损伤后，植入了微纤维的小鼠的运动恢复情况明显好于对照组和空白组，损伤第8周后植入了微纤维的小鼠偶尔可以用爪子抓地，而对照组和空白组的大多数小鼠后肢保持僵硬。
图2 神经细胞水凝胶微纤维在完全性脊髓损伤小鼠体内移植
研究人员指出，该研究证明了具有高细胞密度的核壳型微纤维具有用于脊髓损伤修复的体内移植的可行性。使用同轴打印方法制造的神经细胞水凝胶微纤维是一种有前途的生物活性治疗方法，可用于开发完整的脊髓损伤治疗工程模型。