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3D生物打印无支架神经结构促进大鼠面神经再生

外周面神经损伤通常是由外伤、手术切除良性或恶性头部或颈部肿瘤等引起的。常采用自体神经移植的方式来进行面部神经节段性缺损的重建,然而,永久性供区发病率、牺牲供神经的可用性、额外手术或手术时间延长,明显限制了该方法的临床应用。为了弥补自体神经移植的缺陷,结合最先进的3D生物制造技术、采用容易获得的干细胞和各种类型的生物材料/支架来制造组织工程神经结构,正成为一种促进周围神经再生的新方法。

美国宾夕法尼亚大学的Qunzhou Zhang团队探讨了人牙龈源性间充质干细胞(GMSCs)作为3D生物打印无支架神经结构中唯一的细胞成分的潜在用途,验证该细胞可移植到大鼠面部神经缺损的可行性。

3D生物打印无支架神经结构促进大鼠面神经再生

图1. 三维GMSCs细胞球体的生成

该团队从人类牙龈组织(GMSCs)中分离出一种独特的源于神经嵴的MSC亚群。将GMSCs细胞进行培养,进行免疫细胞化学研究。采用流式细胞术检测GMSC细胞球的凋亡和坏死。在二维和三维胶原支架上分别研究GMSCs细胞和GMSCs细胞球向神经细胞的分化趋势。采用3D生物打印方式制造含GMSCs细胞的无支架神经组织,培养一段时间后将其植入成年大鼠面部,运用面瘫评分进行面部功能分析,记录肌肉动作电位,最后进行组织学和免疫组化研究。

3D生物打印无支架神经结构促进大鼠面神经再生

图2.将GMSC球体3D生物打印无支架神经结构

该研究证明了GMSCs倾向于形成致密的三维球体,其直径在400~500 um之间,也可以产生自己的细胞外基质,因此适用于3D生物打印(图1)。当在2D或3D胶原支架条件下培养时,GMSC球蛋白比其粘附物更容易分化为神经元细胞和神经鞘样细胞。3D生物打印神经移植物纵、横切片的组织学分析显示其具有排列整齐的神经样结构(图2),证明了3D生物打印无支架神经组织的可行性。将3D生物打印神经移植到大鼠面神经颊后,7周的面瘫评分高于硅胶管对照组(图3)。

3D生物打印无支架神经结构促进大鼠面神经再生

图3. 3D生物打印无支架神经组织移植可促进大鼠面神经缺损的再生

最近的研究表明,人类GMSC具有诱导成神经祖细胞样细胞(NPCs)的倾向,其对周围神经再生的治疗效果优于亲代GMSC。同时,该团队的研究展示了利用可植入的GMSC球面体构建三维生物打印无支架神经的可行性,促进了大鼠面神经缺损的修复和再生。因此,目前的研究提供了大量证据表明,GMSCs是一种易于获得的干细胞来源,可作为细胞成分用于3D生物打印无支架神经构建,以满足临床对周围神经修复和再生的日益增长的需求。

作者:潘兵磊 王玲

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