脊髓損傷不再是不可逆，3D支架可鏈接起受損神經(jīng)元，讓神經(jīng)細胞重生
文章來源：賢集網(wǎng)發(fā)布日期：2022-01-04瀏覽次數(shù)：463 在全世界，每年有數(shù)百萬人遭受脊髓損傷。這些類型的傷害會破壞大腦和身體之間的交流聯(lián)系，減少運動和感覺，在壞的情況下，會導(dǎo)致癱瘓。日本沖繩科學(xué)技術(shù)研究生院 (OIST) 的研究人員使用一種新技術(shù)創(chuàng)建了 3D 支架，可以將再生神經(jīng)元引導(dǎo)到正確的方向。它提供了一個概念驗證，研究人員希望有一天可以用它來設(shè)計一種結(jié)構(gòu)，幫助重新連接人類脊髓內(nèi)受損的神經(jīng)元。目前，在脊髓中再生老化的神經(jīng)元是一個真正的挑戰(zhàn)，雖然周圍神經(jīng)，如手指和腿部的神經(jīng)，可以相對容易地自我修復(fù)，但中樞神經(jīng)系統(tǒng)、大腦和脊髓中的大多數(shù)神經(jīng)元沒有這種水平的再生潛力。脊柱中只有少數(shù)類型的神經(jīng)元具有有限的愈合能力，重要的是，神經(jīng)元可能需要長到幾毫米，而且可能會有疤痕組織。因此，需要提供一個人工支架來幫助神經(jīng)元并彌合差距。
當(dāng)神經(jīng)元自我修復(fù)時，這個過程不會孤立發(fā)生。相反，神經(jīng)元依賴于細胞外基質(zhì)，一種為神經(jīng)元正確生長提供支持和化學(xué)線索的纖維結(jié)構(gòu)。但到目前為止，技術(shù)限制阻止了能夠準(zhǔn)確模擬細胞外基質(zhì)質(zhì)地的支架，無法大規(guī)模制造用于脊髓損傷。在這項研究中，科學(xué)家們轉(zhuǎn)向了一種稱為 2 光子光刻的先進制造技術(shù)，與標(biāo)準(zhǔn)印刷方法相比，該技術(shù)使他們能夠更好地控制整個結(jié)構(gòu)。它的工作原理有點像 3D 打印，但反過來，不是通過在需要的地方沉積材料來構(gòu)建結(jié)構(gòu)，而是通過去除材料來創(chuàng)建結(jié)構(gòu)。研究人員首先使用計算機軟件設(shè)計了帶有凹槽和凹痕的支架，以促進神經(jīng)元的定向生長。特倫齊奧教授解釋說，神經(jīng)元通常呈放射狀生長，從中心點向外擴散，但在切斷連接的損傷中，直線生長以連接兩側(cè)的效率更高。然后，研究人員使用一種稱為 IP-Dip 的聚合物構(gòu)建了不同的支架。這種材料會響應(yīng)來自激光的光而硬化，根據(jù)示意圖在特定位置發(fā)射激光。然后在后洗掉多余的未硬化聚合物以顯示終結(jié)構(gòu)。當(dāng)研究人員研究支架的材料特性時，他們發(fā)現(xiàn)硬化的聚合物具有熱穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性。
研究人員還通過從背根神經(jīng)節(jié)中培養(yǎng)培養(yǎng)的小鼠神經(jīng)元來測試該結(jié)構(gòu)是否具有生物相容性，背根神經(jīng)節(jié)是一組靠近脊髓并將感覺傳遞到大腦的神經(jīng)元。該團隊還用小鼠運動神經(jīng)元測試了該結(jié)構(gòu)，這些神經(jīng)元位于脊髓中，負責(zé)肌肉收縮和隨之而來的運動。兩種神經(jīng)元類型都能夠在支架上附著和生長。研究人員將其中一個支架設(shè)計得更加多孔，以鼓勵神經(jīng)元生長到結(jié)構(gòu)中以及頂部。我們發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元能夠穿透支架的所有層，這令人非常興奮，下一個目標(biāo)是使用這種設(shè)計作為模板來開發(fā)未來可用于小鼠體內(nèi)實驗的支架。該團隊還計劃嘗試不同的材料和腳手架設(shè)計，以更好地治療其他類型的傷害。然而，研究人員承認(rèn)，該技術(shù)目前對于大多數(shù)研究實驗室來說過于昂貴，而且該機器可能需要數(shù)天時間才能打印出足夠大的支架。該技術(shù)仍處于起步階段，但我們希望它會隨著時間的推移在成本和效率方面有所提高，我們很幸運能夠通過 OIST 工程部門的納米制造和機械工程服務(wù)獲得這臺機器。 
