浙江大學：投影式光固化3D打印GelMA水凝膠神經(jīng)導管

來源： EngineeringForLife

周圍神經(jīng)損傷(peripheral nerve injury, PNI)是由創(chuàng)傷、醫(yī)源性損傷或先天性缺陷引起的嚴重醫(yī)學問題，可導致感覺和運動功能的完全或部分喪失。雖然周圍神經(jīng)損傷后具有一定的再生潛能，由于局部膠質(zhì)瘢痕的快速形成、各種炎性細胞和抑制性物質(zhì)的大量聚集及神經(jīng)的緩慢生長，大段周圍神經(jīng)缺損的修復和再生效果仍然欠佳。有限的供應，供體部位的損傷，大小和幾何不匹配和額外的外科手術限制了其臨床的應用。此外，這種方法的效果好壞參半，大多數(shù)患者在手術后只能恢復部分功能。因此，尋找一種精準、高效地誘導周圍神經(jīng)再生的組織工程支架，來替代自體神經(jīng)移植物具有重要的臨床意義。

周圍神經(jīng)再生的組織工程策略主要是利用神經(jīng)引導導管（nerve guidance conduits，NGCs）來克服自體神經(jīng)移植的不足，以更好的促進大間隙神經(jīng)損傷的修復，而3D打印水凝膠管狀結構是一種高效的神經(jīng)導管制造方法。GelMA水凝膠有著優(yōu)異的生物相容性，而投影式光固化打印可以精確的仿生模擬神經(jīng)結構。相比其他生物3D打印技術，投影式光固化（DLP打印）具有以下優(yōu)點：
1）打印速度快：一次打印一層；
2）打印精度高：最高可以達到2.5μm的分辨率，打印精度遠遠高于其他的3D打印技術；
3）適合復雜支架結構：自帶支撐，可以制造具有良好微結構和孔隙互聯(lián)性的復雜支架結構。

然而受限于水凝膠的生物相容性要求，穩(wěn)定實現(xiàn)軟脆特性GelMA類生物水凝膠打印的DLP打印機一直停留在實驗室階段，未見成熟的設備推出。EFL團隊攻關數(shù)年，優(yōu)化了大量的成形工藝及核心設計，解決了打印中的穩(wěn)定性問題，可實現(xiàn)批量化制造，尤其適合醫(yī)學應用中大量一致性支架樣品需要。

近日，浙江大學醫(yī)學院附屬兒童醫(yī)院葉文松主任團隊和EFL團隊合作，以GelMA水凝膠為墨水，基于DLP技術打印了多通道神經(jīng)導管支架，該成果為具有復雜仿生結構的NGCs快速、精準地打印提供了新的思路和研究方法（圖1）。相關論文“3D printing of gelatin methacrylate-based nerve guidance conduits with multiple channels”在Materials and Design(IF=5.77)期刊在線發(fā)表，浙江大學醫(yī)學院附屬兒童醫(yī)院葉文松主任和李海冰醫(yī)生為共同第一作者，EFL團隊的高慶博士后為通訊作者。

圖1 論文摘要圖

利用EFL團隊的光固化生物3D打印機（EFL-BP8600），可實現(xiàn)15分鐘左右同時打印5個導管（視頻，圖2）。體外實驗表明，制備的GelMA材質(zhì)的NGCs不僅能夠支持PC-12細胞存活、粘附和增殖，還可以沿縱向管道遷移，同時能誘導神經(jīng)嵴干細胞向神經(jīng)元分化，具有良好的生物相容性和神經(jīng)分化功能（圖3-6）。

圖2 （A）EFL團隊出品的投影式光固化生物3D打印機；（B）NGCs打印原理；（C）（D）NGCs DLP可打印性研究

圖3 PC-12細胞在NGCs的存活和吸附

圖4 PC-12細胞在NGCs的增殖和細胞骨架

圖5 PC-12細胞在NGCs的遷移

圖6 神經(jīng)嵴干細胞在NGCs向神經(jīng)元分化

論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.108757