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

來源： EFL生物3D打印與生物制造

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

創(chuàng)可貼/繃帶簡單易用，能否將這一概念引入到細胞遞送領域？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)了高效遞送的細胞創(chuàng)可貼。這種膜狀支架能夠迅速負載細胞，只需將細胞滴加到支架上，短時間內便可形成具有機械強度的細胞片，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的創(chuàng)面，還能夠采用微創(chuàng)方式遞送，或通過手術縫合固定在目標位置。由于打印支架所用的材料為在臨床上已廣泛應用的可降解聚合物，細胞創(chuàng)可貼方案不需要做任何改進便可直接應用于臨床。

為了展示其細胞創(chuàng)可貼的臨床應用潛力，EFL團隊與浙江省人民醫(yī)院的張大宏團隊合作，將創(chuàng)可貼應用于盆腔神經(jīng)損傷修復中。隨著盆腔相關疾病檢出率的上升，外科手術逐漸成為盆腔相關疾病治療的主流方案。然而，這些手術的并發(fā)癥通常會導致盆腔神經(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，報道了細胞創(chuàng)可貼及其在盆腔神經(jīng)損傷修復中的應用探索。研究顯示，細胞創(chuàng)可貼表現(xiàn)出良好的修復效果，能夠通過增加損傷神經(jīng)內細胞骨架蛋白的表達，增強內穩(wěn)態(tài)，從而抵抗損傷并促進修復。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 細胞創(chuàng)可貼TB（細胞繃帶）的制備和應用   

1. 細胞創(chuàng)可貼的體外類組織特性
細胞創(chuàng)可貼/細胞繃帶（TB）的雙層結構設計是其功能和廣泛應用的關鍵。底層由接近細胞尺寸的微纖維（27.90 ± 2.49 μm）構成，展現(xiàn)出優(yōu)良的柔性和細胞黏附特性。纖維之間形成的“à”字型節(jié)點，使底層的孔隙率中位數(shù)達到8.29k ± 0.14k μm²，促使細胞接種后能夠迅速形成完整的細胞片。頂層采用直徑為167.99 ± 7.39 μm的單向排列加強筋，這種設計不僅增強了結構的機械剛度，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，能夠適應盆腔內部復雜的解剖結構，降低對組織的二次損傷風險。

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

RNA測序結果表明，TB上調了VEGFA的表達，并具有增強神經(jīng)修復能力，為神經(jīng)再生應用提供了良好的適用性。這一設計使得新型創(chuàng)可貼不僅能夠向受損組織輸送治療細胞，促進損傷部位更快愈合，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，復蘇后仍能保持活性和治療效果。這一特性使得TB在臨床應用中具有更大的靈活性和適應性。此外，該設計不需要額外的化學改性，從而簡化了轉化過程中FDA的審批流程。同時，聚己內酯（PCL）的生物降解性進一步增強了其作為治療選擇的吸引力，預示著TB在未來臨床產(chǎn)品轉化中的可行性。   

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，探索與盆腔手術或創(chuàng)傷相關的神經(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張，適合評估治療效果。實驗結果表明，TB顯著改善了排尿功能，尿動力學測試顯示自主排尿和膀胱排空能力均有所增強，對減少膀胱并發(fā)癥和保護膀胱結構至關重要。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

3.神經(jīng)損傷修復的原因
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VEGFA表達水平，促進血管生成并保護神經(jīng)完整性，從而減少對功能性神經(jīng)元和軸突的損傷。此外，髓鞘的保護增強了MPG與膀胱之間神經(jīng)信號的傳遞。分析蛋白組學（TMT），結果表明，TB增強了盆腔神經(jīng)節(jié)細胞內骨架蛋白的表達，增強了其對機械損傷的抵抗能力。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，標志著這一領域的重要突破。TB憑借其獨特的柔性設計、良好的可操作性、生物降解性、低溫存儲能力以及轉化潛力，成為未來臨床應用的理想候選者。TB作為一種理想載體，能夠高效負載多種細胞類型，這大大提升了活細胞向目標組織的精準遞送能力，從而顯著增強了治療效果。此外，TB在多個領域的廣泛應用潛力也極具價值，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胞的存活和功能，細胞創(chuàng)可貼為細胞療法提供了高效的遞送工具，促進了細胞療法的快速發(fā)展。這些特點使TB在未來醫(yī)學治療中具有重要應用前景。

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