神經(jīng)負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)人體各種生理活動(dòng)，在組織修復(fù)過程中可作為機(jī)體的一部分激活組織內(nèi)在的再生機(jī)制，因此通過對(duì)神經(jīng)進(jìn)行調(diào)控有望實(shí)現(xiàn)對(duì)不可逆損傷以及難治性病理狀態(tài)的修復(fù)和治療。
心肌梗死嚴(yán)重威脅著人類的生命健康，由于心肌細(xì)胞不能增殖，受損的心肌組織往往難以恢復(fù)，而是通過藥物及手術(shù)等方式避免其進(jìn)一步惡化。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在監(jiān)測和協(xié)調(diào)心臟生理活動(dòng)方面起到不可或缺的作用。心臟狀態(tài)由末梢神經(jīng)纖維監(jiān)測，交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)共同調(diào)節(jié)心臟的生理功能，并糾正異常狀態(tài)。
有研究表明，神經(jīng)元對(duì)心肌細(xì)胞成熟和心肌組織再生有積極作用，而神經(jīng)干細(xì)胞可以分化為神經(jīng)元并具有自我更新的潛力，有望作為活性修復(fù)成分來實(shí)現(xiàn)對(duì)心肌病理狀態(tài)的自適應(yīng)調(diào)節(jié)。
近日，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所吳成鐵研究員帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)對(duì)無機(jī)材料誘導(dǎo)的預(yù)神經(jīng)化生物3D打印支架在心肌梗死修復(fù)方面的作用進(jìn)行研究。
生物材料和細(xì)胞之間的相互作用可以觸發(fā)其內(nèi)部生物過程，團(tuán)隊(duì)利用無機(jī)生物材料硅酸鍶對(duì)神經(jīng)干細(xì)胞進(jìn)行誘導(dǎo)，以生物相容性水凝膠GelMA為基體，設(shè)計(jì)一種生物3D打印預(yù)神經(jīng)化心肌修復(fù)支架。
團(tuán)隊(duì)開展的實(shí)驗(yàn)包括：
研究發(fā)現(xiàn)，硅酸鍶釋放出的離子濃度對(duì)支架中神經(jīng)干細(xì)胞的分化方向具有明顯的調(diào)節(jié)作用，在支架中引入的硅酸鍶微粒，使支架中的神經(jīng)干細(xì)胞更傾向于分化為成熟的神經(jīng)元，從而對(duì)支架進(jìn)行"預(yù)神經(jīng)化"。
體外共培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)表明，預(yù)神經(jīng)化支架能夠顯著促進(jìn)心肌構(gòu)建體中心肌細(xì)胞結(jié)構(gòu)及功能的成熟，實(shí)現(xiàn)心肌細(xì)胞的同步搏動(dòng)。
大鼠心肌梗死模型的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，預(yù)神經(jīng)化支架可激活四種與心臟保護(hù)相關(guān)的典型晝夜節(jié)律基因，從而促進(jìn)心功能恢復(fù)，緩解心室重塑，并加速梗死區(qū)域的血供重建，表明預(yù)神經(jīng)化支架具備從系統(tǒng)的角度激活組織修復(fù)的潛力。
該研究成果表明，利用無機(jī)活性材料硅酸鍶誘導(dǎo)的預(yù)神經(jīng)化支架可能為心肌梗死修復(fù)提供一種新的思路。
論文標(biāo)題："Inorganic Biomaterials Inducing Scaffolds Pre-neuralization for Infarcted Myocardium Repair"
發(fā)表期刊：Advanced Materials
DOI：10.1002/adma.202419765
第一作者：王之栩（上海硅酸鹽研究所博士研究生）
通訊作者：吳成鐵研究員（中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所）
研究資助：
專利情況：已申請(qǐng)一項(xiàng)發(fā)明專利
全面解析森工DIW墨水直寫3D打印機(jī)在該類研究中功能匹配情況及需定制功能，幫助用戶更好地選擇合適的3D打印設(shè)備及功能模塊。
1) 、 多通道打印頭：
2-4通道設(shè)計(jì)，可裝載多材料進(jìn)行協(xié)同/并聯(lián)打印，如通過設(shè)備移液功能，同時(shí)進(jìn)行細(xì)胞溶液滴入，提高實(shí)驗(yàn)效率；
2)、 低溫打印平臺(tái)：
模塊支持-5℃-室溫，精準(zhǔn)溫控，結(jié)合細(xì)胞生長所需環(huán)境，創(chuàng)造細(xì)胞友好型打印環(huán)境，提高存活率；
3) 、 光固化輔助成型：
該模塊輔助配備365nm/385m/395m/405m多種波長范圍，有效輔助含光引發(fā)劑直寫材料的輔助固化成型；
密閉的潔凈臺(tái)：為細(xì)胞生長提供合適的溫度及潔凈空間，避免二次污染；
1)、 可打印精密的生物支架，可將生物材料制備成細(xì)胞溶液，采用近場直寫工藝實(shí)現(xiàn)納米級(jí)纖維支架打??；
2)、 為了提高實(shí)驗(yàn)效率，可使用獨(dú)立二級(jí)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，對(duì)打印的每一層進(jìn)行觀察，幾時(shí)修正實(shí)驗(yàn)策略；
3)、 為了提高實(shí)驗(yàn)效率，可使用在線混合模塊，將生物材料與特定性能材料進(jìn)行實(shí)時(shí)案例比混合，減少多噴頭協(xié)作時(shí)間。1)、 近場直寫：配置高壓靜電場，為生物溶液實(shí)現(xiàn)納米級(jí)支架打?。?/span>
2) 、 獨(dú)立二級(jí)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)：便于打印過程中，實(shí)時(shí)查看每層的微觀變化或使用其他工藝對(duì)模型進(jìn)行多重加工處理；
3)、 在線混合模塊：主動(dòng)混合或者被動(dòng)混合模式，可實(shí)時(shí)在線混合，實(shí)現(xiàn)指定比例混合材料、在線梯度漸變。
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