2015年9月28日

用3D打印修复神经通路

乍看上去

  • 一种新颖的3D打印方法用于创建定制支架,该支架可帮助受损的大鼠神经再生并改善动物的行走能力。
  • 随着进一步的发展,有一天该技术可能会用于创建一系列定制的支架,以帮助组织再生。
具有两个分支的3-D打印神经支架。 一种3D打印的神经支架,用于模仿原始神经的几何形状。将单独的生化线索整合到结构中,以充当感觉神经元(神经生长因子,绿色染料)和运动神经元(胶质细胞系衍生的神经营养因子,红色染料)的向导。 先进的功能材料。

周围神经从大脑和脊髓延伸到身体的其他部位。它们可能以各种方式损坏,包括疾病和创伤性伤害,例如车祸和战场伤口。

周围神经损伤的治疗取决于具体的损伤。神经再生需要物理和化学线索的复杂相互作用。当前的神经修复技术集中在移植物上,在该移植物中,从身体的另一部分获取(收获)了一部分健康的神经,以替换受损的部分。但是,移植物需要进行收割手术,并且还受到尺寸和几何形状的限制。它们还会在供体部位引起许多问题,包括有害的免疫反应,慢性疼痛和感觉丧失。

明尼苏达大学的Michael C. McAlpine博士,弗吉尼亚理工大学的Blake N. Johnson以及马里兰大学和约翰霍普金斯大学的Xiaofeng Jia博士领导的团队一直在研究指导神经再生的技术。以前的尝试仅限于不能模仿自然分支神经的线性结构。为了创建复杂的,自定义的结构,该团队转向了3D打印,在该3D打印中,通过基于数字模型以图案的形式连续放置材料层来“打印”对象。这项工作部分由美国国立卫生研究院国家神经疾病和中风研究所(NINDS)和美国国家心,肺与血液研究所(NHLBI)资助。它出现在 先进功能材料 在2015年9月18日。

该团队选择了大鼠的坐骨神经作为再生模型,因为它包含复杂的混合神经(感觉和运动)系统。研究人员切除了一部分,并准备使用3D光扫描技术对神经进行成像。从各个角度进行扫描后,他们将图像组装成神经通路的3D模型。然后,此模型用作专门定制的3D打印机的模板,以制造模仿原始神经组织确切几何形状的结构。

研究小组证明了他们可以使用这种方法来创建解剖学上精确的神经通路。他们证实,他们可以使用各种已知可安全用于体内的材料,包括有机硅。在结构中加入微沟槽有助于引导神经纤维的生长。他们发现,通过将特定的生化线索整合到结构的不同部分中,它们还可以帮助引导感觉神经和运动神经分支沿着独立的路径生长。

一旦他们在实验室实验中开发了这种方法,他们就测试了该技术在大鼠模型中再生复杂神经间隙的能力。他们在坐骨神经中形成了10毫米的间隙,并用定制的3D打印神经支架治疗了这些动物。在三个月的时间内,大鼠的行走能力显着提高。

研究小组还表明,常规的成像技术(例如CT扫描和MRI)可用于制作人体神经的3-D模型。

“这代表了用于复杂神经损伤再生的定制神经引导器3D打印概念的重要证明,” McAlpine说。 “总有一天,我们希望我们可以在医院拥有一台3-D扫描仪和打印机,以便在现场创建定制的神经向导,以恢复神经功能。”

—哈里森·温(Harrison Wein)博士

相关链接

参考文献: 3D打印的解剖神经再生途径。 Johnson BN,Lancaster K Z,Zhen G,He J,Gupta M K,Kong YL,Engel EA,Krick KD,Ju A,Meng F,Enquist LW,Jia X,McAlpine MC。 进阶功能母校 2015年9月18日。doi:10.1002 / adfm.201501760。 [Epub提前发行]。

资金: 美国国立卫生研究院(NIH)的国家神经疾病与中风研究所(NINDS)和美国国家心,肺与血液研究所(NHLBI);国家科学基金会;马里兰干细胞研究基金;国防高级研究计划局;以及普林斯顿大学的“大挑战计划”。