神經(jīng)作為人體的中樞系統(tǒng)，在調(diào)節(jié)和控制其他組織/器官的生理功能和代謝穩(wěn)態(tài)等方面發(fā)揮作用。此外，組織再生是動態(tài)且復(fù)雜的生理過程，需要多種信號、細胞和生長因子的協(xié)同作用。在損傷初期，神經(jīng)率先感知損傷信號并做出反應(yīng)，通過分泌多種神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)肽等調(diào)節(jié)再生微環(huán)境，從而積極參與組織再生。因此，構(gòu)建具有神經(jīng)調(diào)節(jié)功能的生物活性支架，對于加速組織再生與恢復(fù)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(lǐng)的團隊，在生物3D打印神經(jīng)構(gòu)建體用于復(fù)雜組織再生方面取得進展。針對神經(jīng)調(diào)控組織再生及功能化這一關(guān)鍵要素，該研究將硅酸鹽生物陶瓷基生物墨水與神經(jīng)干細胞相結(jié)合，采用生物3D打印技術(shù)，構(gòu)建出神經(jīng)化構(gòu)建體。研究發(fā)現(xiàn)，硅酸鹽生物陶瓷賦予神經(jīng)構(gòu)建體神經(jīng)活性和多細胞調(diào)控功能，使其可作為通用的神經(jīng)化平臺以促進多種組織的修復(fù)再生與功能恢復(fù)。

該研究基于鋰、鈣、硅元素的促神經(jīng)分化及神經(jīng)保護作用，開發(fā)了基于Li-Ca-Si（LCS）生物陶瓷的生物墨水，并將其與神經(jīng)干細胞結(jié)合，運用生物3D打印技術(shù)制備出功能化的神經(jīng)構(gòu)建體。研究發(fā)現(xiàn)，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(jīng)干細胞向神經(jīng)元方向分化并誘導(dǎo)神經(jīng)元成熟，展現(xiàn)出神經(jīng)調(diào)控活性。此外，基于LCS生物墨水的神經(jīng)構(gòu)建體，展現(xiàn)出良好的多細胞調(diào)控功能，促進骨髓間充質(zhì)干細胞的成骨分化、內(nèi)皮細胞的成血管化以及與肌肉細胞形成神經(jīng)肌肉接頭等。在全橫斷脊髓損傷模型中，神經(jīng)構(gòu)建體能夠刺激神經(jīng)分化及血管化，促進脊髓損傷再生及恢復(fù)老鼠下肢運動功能；在顱骨損傷模型中，神經(jīng)構(gòu)建體可以誘導(dǎo)新生骨的形成、骨整合、血管化和神經(jīng)支配，實現(xiàn)神經(jīng)/血管化骨再生；在體積性肌肉損傷模型中，神經(jīng)構(gòu)建體能夠誘導(dǎo)肌纖維的形成與成熟、血管化并增強神經(jīng)支配，實現(xiàn)了神經(jīng)/血管化肌肉再生。

該研究從神經(jīng)調(diào)節(jié)組織再生角度出發(fā)制備的基于生物陶瓷/神經(jīng)干細胞的神經(jīng)構(gòu)建體為實現(xiàn)復(fù)雜組織再生提供了潛在策略，并為新一代復(fù)雜組織工程生物材料的設(shè)計提供新思路。相關(guān)研究成果以Bioprinting of inorganic-biomaterial/neural-stem-cell constructs for multiple tissue regeneration and functional recovery為題，發(fā)表在《國家科學評論》（National Science Review）上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、中國科學院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團隊計劃等的支持。

生物3D打印基于無機材料/神經(jīng)干細胞的神經(jīng)化構(gòu)建體促進脊髓、顱骨和肌肉損傷等組織再生與功能恢復(fù)