摘要：在医学的浩瀚海洋中，脊髓损伤的治疗一直是那片难以攻克的深海区域。然而，最近一项来自美国明尼苏达大学双城分校的研究成果，如同一颗璀璨的明珠，照亮了这片黑暗的海域，为无数脊髓损伤患者带来了前所未有的希望。
在医学的浩瀚海洋中，脊髓损伤的治疗一直是那片难以攻克的深海区域。然而，最近一项来自美国明尼苏达大学双城分校的研究成果，如同一颗璀璨的明珠，照亮了这片黑暗的海域，为无数脊髓损伤患者带来了前所未有的希望。
文章介绍
题目：3D打印支架促进增强脊髓类器官形成，用于脊髓损伤
杂志：Advanced Healthcare Materials
影响因子：9.6
发表时间：2025年7月
脊髓损伤：一场没有硝烟的战争
脊髓，作为人体中枢神经系统的重要组成部分，承载着传递大脑指令和接收身体信号的双重使命。一旦脊髓遭受损伤，就如同一条繁忙的高速公路被无情地切断，信号无法正常传递，导致受损平面以下的身体部位出现感觉、运动、括约肌及自主神经功能障碍。
据美国国家脊髓损伤统计中心的数据显示，美国有超过300,000人正遭受脊髓损伤的折磨，而全球范围内，这一数字更是触目惊心。
脊髓损伤不仅给患者本人带来了巨大的身体痛苦和心理压力，还给家庭和社会带来了沉重的负担。患者往往需要长期的康复治疗和护理，生活质量大幅下降，甚至可能失去自理能力，陷入绝望的深渊。
而目前，医学界对于脊髓损伤的治疗手段极为有限，尚无一种方法能够完全逆转损伤和瘫痪。神经细胞的死亡和神经纤维在损伤部位的再生障碍，成为了横亘在脊髓损伤修复道路上的两座大山。
3D打印技术：点亮希望之光
就在这样一片看似无望的困境中，明尼苏达大学双城分校的研究团队带来了一线曙光。他们首次将3D打印技术、干细胞生物学和实验室培养的组织相结合，为脊髓损伤的修复开辟了一条全新的道路。
这项研究的核心在于一种独特的3D打印框架——类器官支架。研究人员利用3D打印技术制造出具有微观通道的支架，这些通道被精心设计，以引导干细胞的生长。随后，他们将特定区域的脊髓神经祖细胞（sNPC）植入这些通道中。这些细胞源自人类成年干细胞，具有分化为特定成熟细胞类型的能力。
△ 实验示意图。A) 脊髓类器官支架的打印过程。3D打印机在玻璃基板上创建一个Pluronic层，并以层层叠加的方式构造了一个带有三个微尺度通道的硅支架。含有sNPC、基质胶及生长因子的神经介质的细胞含墨被点灌入通道中。Pluronic层和硅支架在室温下打印，而生物墨水在4°C的低温下打印。3D打印的脊髓支架在体外培养，直到形成类器官。B) 3D打印的脊髓类器官支架的移植。培养过程中，Pluronic层被溶解。3D打印的脊髓类器官支架通过切割与玻璃基板接触的边缘从基板上分离。这两个支架被组装并植入了由断裂伤造成的鼠脊髓1.8毫米的缺口中，以立即促进功能恢复。
△ 该方法涉及创建一个独特的3D打印框架用于实验室培育的类器官，称为类器官支架，具有微观通道。
“我们利用3D打印通道来引导干细胞的生长，确保新的神经纤维按照期望的方式生长。”研究论文的第一作者、前明尼苏达大学机械工程博士后研究员Guebum Han解释道。他目前就职于英特尔公司。“这种方法创建了一个中继系统，当植入脊髓时，可以绕过受损区域。”
△ 3D打印脊髓支架的IHC结果。A) SMI312的表达显示在15天内由3D打印的通道引导的轴突和树突投射。B) SMI312的表达显示在30天时轴突和树突投射在支架通道顶部的延伸。带有虚线的箭头指示神经元生长网络下方的支架通道。C) 在40天时，i) FOXP2，ii) Chx10，和iii) Evx1在支架中分别代表V1、V2a和V0神经元的表达。iv) 显示合并图像。D) MAP2的表达显示神经元在140天内沿支架保持生长。E) 在170天时，表达标记MAP2、APC和GFAP的细胞百分比的量化。F) 表达i) MAP2和ii) SMI312显示3D打印的脊髓支架在打印后至少存活365天，并维持其神经元身份。iii) 显示合并图像。
在实验中，研究人员将这些支架移植到脊髓完全断裂的大鼠体内。结果令人振奋，细胞成功分化为神经元，并在两个方向上延伸其神经纤维——头端和尾端，与宿主现有的神经回路形成新的连接。随着时间的推移，新的神经细胞无缝地整合到宿主脊髓组织中，大鼠的运动功能得到了显著恢复。
△ 脊髓切断大鼠在3D打印类器官支架移植后的功能恢复。A) 显示3D打印类器官支架移植到大鼠的切断脊髓中。B) BBB评分显示在3-12周之间，3D打印类器官组的评分显著高于仅伤害组和仅支架组。C) 类器官支架组的MEP幅度高于仅伤害和仅支架组。D) 移植12周后，SC121（绿色）和NF200（红色）在支架中的共定位。E) 来自(i-iii)仅支架组和(ii-iv)类器官支架组的脊髓切片，显示移植后12周的SC121（绿色）和DAPI（蓝色）。F) 对SC121人类细胞与APC和NF200在脊髓前后段的共定位百分比进行定量。
“再生医学为脊髓损伤研究带来了新的时代。”明尼苏达大学神经外科教授Ann Parr说道。“我们的实验室对探索我们的‘迷你脊髓’在未来临床转化中的潜力感到兴奋。”
跨学科合作：创新的力量
这项突破性的研究不仅在医学领域引起了轰动，更是跨学科合作的典范。研究团队汇聚了来自明尼苏达大学机械工程系、神经外科、神经科学系以及弗吉尼亚联邦大学物理系的顶尖专家。他们各自发挥专业优势，共同攻克了脊髓损伤修复这一难题。
机械工程专家Hyunjun Kim和Michael McAlpine负责3D打印技术的研发和应用，他们精心设计的支架结构为干细胞的生长提供了理想的环境。
神经外科的Nicolas S. Lavoie、Nandadevi Patil和Olivia G. Korenfeld则专注于细胞移植和神经功能评估，确保实验的科学性和有效性。
神经科学系的Manuel Esguerra和物理系的Daeha Joung则从基础科学的角度为研究提供了理论支持和实验方法。
这种跨学科的合作模式，打破了传统学科之间的壁垒，充分发挥了各学科的优势，为解决复杂的医学问题提供了新的思路和方法。它不仅推动了脊髓损伤修复技术的发展，也为其他医学难题的攻克提供了宝贵的借鉴。
临床应用：未来的展望
尽管这项研究目前仍处于起步阶段，但它为脊髓损伤的治疗带来了新的希望。研究团队希望能够扩大生产规模，进一步开发这种技术组合，为未来的临床应用奠定基础。
如果这种技术能够成功应用于临床，将为脊髓损伤患者带来巨大的福音。患者有望通过这种创新的治疗方法，恢复部分甚至全部的神经功能，重新获得自理能力，回归正常的生活。这不仅将极大地改善患者的生活质量，还将减轻家庭和社会的负担。
然而，我们也必须清醒地认识到，从实验室到临床应用的道路还很漫长。研究人员还需要进行大量的实验和临床试验，以验证这种技术的安全性和有效性。同时，还需要解决技术成本、生产工艺等一系列实际问题，才能使这种技术真正惠及广大患者。
小结
脊髓损伤，这个曾经让无数人陷入绝望的医学难题，如今在3D打印技术的帮助下，看到了希望的曙光。
明尼苏达大学双城分校的研究团队通过跨学科合作，为我们展示了一种全新的治疗思路。虽然前方的道路仍然充满挑战，但这项研究无疑为脊髓损伤患者带来了新的希望和勇气。
让我们共同期待，这项创新技术能够在未来的临床应用中取得成功，为脊髓损伤患者带来真正的福音。
参考文献：
Han G, Lavoie NS, Patil N, Korenfeld OG, Kim H, Esguerra M, Joung D, McAlpine MC, Parr AM. 3D-Printed Scaffolds Promote Enhanced Spinal Organoid Formation for Use in Spinal Cord Injury. Adv Healthc Mater. 2025 Jul 23:e04817. doi: 10.1002/adhm.202404817.
来源：培养盒守护者