神經作為人體的中樞系統，在調節和控制其他組織/器官的生理功能和代謝穩態等方面發揮作用。此外，組織再生是動態且復雜的生理過程，需要多種信號、細胞和生長因子的協同作用。在損傷初期，神經率先感知損傷信號并做出反應，通過分泌多種神經遞質和神經肽等調節再生微環境，從而積極參與組織再生。因此，構建具有神經調節功能的生物活性支架，對于加速組織再生與恢復生理功能頗為重要。
近日，中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員吳成鐵帶領的團隊，在生物3D打印神經構建體用于復雜組織再生方面取得進展。針對神經調控組織再生及功能化這一關鍵要素，該研究將硅酸鹽生物陶瓷基生物墨水與神經干細胞相結合，采用生物3D打印技術，構建出神經化構建體。研究發現，硅酸鹽生物陶瓷賦予神經構建體神經活性和多細胞調控功能，使其可作為通用的神經化平臺以促進多種組織的修復再生與功能恢復。
該研究基于鋰、鈣、硅元素的促神經分化及神經保護作用，開發了基于Li-Ca-Si（LCS）生物陶瓷的生物墨水，并將其與神經干細胞結合，運用生物3D打印技術制備出功能化的神經構建體。研究發現，LCS基生物墨水釋放的多種活性離子能夠通過PI3K-AKT通路促進神經干細胞向神經元方向分化并誘導神經元成熟，展現出神經調控活性。此外，基于LCS生物墨水的神經構建體，展現出良好的多細胞調控功能，促進骨髓間充質干細胞的成骨分化、內皮細胞的成血管化以及與肌肉細胞形成神經肌肉接頭等。在全橫斷脊髓損傷模型中，神經構建體能夠刺激神經分化及血管化，促進脊髓損傷再生及恢復老鼠下肢運動功能；在顱骨損傷模型中，神經構建體可以誘導新生骨的形成、骨整合、血管化和神經支配，實現神經/血管化骨再生；在體積性肌肉損傷模型中，神經構建體能夠誘導肌纖維的形成與成熟、血管化并增強神經支配，實現了神經/血管化肌肉再生。
該研究從神經調節組織再生角度出發制備的基于生物陶瓷/神經干細胞的神經構建體為實現復雜組織再生提供了潛在策略，并為新一代復雜組織工程生物材料的設計提供新思路。相關研究成果以Bioprinting of inorganic-biomaterial/neural-stem-cell constructs for multiple tissue regeneration and functional recovery為題，發表在《國家科學評論》（National Science Review）上。研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院穩定支持基礎研究領域青年團隊計劃等的支持。
生物3D打印基于無機材料/神經干細胞的神經化構建體促進脊髓、顱骨和肌肉損傷等組織再生與功能恢復
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