顾奇团队等开发新型生物3D打印技术，实现脊髓损伤的功能性修复

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Cell子刊：为断裂的脊髓“3D打印”神经，顾奇团队等开发新型生物3D打印技术，实现脊髓损伤的功能性修复
" P! e+ V( z) P. ]: J! b3 U1.        脊髓修复
2 W$ G0 d) l* }) I2.        脊髓损伤（SCI）- j( r2 @" p6 b/ `0 t* ]/ q+ _
3.        神经组织工程% Z5 h6 p; W, j8 s
来源：iNature 2026-01-22 14:18
+ ~1 e( @3 @  ~7 u该研究提出一种剪切应力驱动的生物3D打印新策略—NEAT，NEAT植入物促进了轴突的显著重新连接、突触形成以及明显的运动功能恢复。$ ?# n  v) K4 @6 Y% l& s
脊髓修复需要能够复制天然组织的对齐轴突结构和机械柔软性的生物材料。然而，目前大多数支架无法支持人神经干细胞(hNSCs)在含水、低硬度环境中的三维排列和神经元分化。( r/ T9 e9 c  k
2026年1月13日，中国科学院动物研究所顾奇、胡宝洋、冯桂海、中国科学院沈阳自动化研究所郑雄飞共同通讯在Cell Stem Cell（IF=20.4）在线发表题为Nanoengineered extrusion-aligned tract bioprinting enables functional repair of spinal cord injuries的研究论文。该研究提出一种剪切应力驱动的生物3D打印新策略—NEAT（Nanoengineered Extrusion-Aligned Tract）。3 [- ]; b9 Z- d" m
该技术在无需后处理的条件下，实现了从纳米级纤维排列到厘米级三维组织结构的连续取向构建，并在体内外体系中完成系统性功能验证，在大鼠完全性脊髓横断模型中，NEAT植入物促进了轴突的显著重新连接、突触形成以及明显的运动功能恢复。这种策略将拓扑控制、细胞编程和功能整合相结合，为神经组织工程和脊髓再生提供了一个强大的平台。6 J6 p- G# W5 \: P, k
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脊髓损伤(SCI)仍然是世界范围内的一个主要健康问题，经常因神经元和神经胶质细胞死亡而导致不可逆的运动损伤，以及阻碍轴突再生的神经胶质瘢痕形成。尽管中枢神经系统的固有再生能力有限，但基于生物材料的方法已成为弥合损伤间隙和恢复神经功能连接的有前途的选择。
/ t% A8 G) I& O! W用于SCI修复的有效支架必须模仿天然脊髓组织的柔软、水合特征(70%水，< 1 kPa硬度)。 能够提供指导神经发生、细胞迁移和突触形成整合的地形线索。0 x) L' V# g/ T4 o+ X
胶原基支架因其生物相容性和通过排列纤维结构引导轴突的潜力而被广泛研究，与体外随机网络相比，显示出增强的轴突生长。$ z7 \! a: h+ w& H
然而，关键的限制阻碍了临床转化1)机械不匹配(支架模量:~10k pa对组织:~1 kPa)增加了应力诱导的植入物界面二次损伤的风险；(2)移植后的结构不稳定破坏了依赖于排列的再生信号；和(3)内源性细胞浸润不足破坏了组织整合。在3D架构中编程细胞排列是器官制造中的永恒主题，因此解决了在异构架构中开发先进技术的不可或缺性。# Z! E% a! c, ~4 s
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机理模式图（图源自Cell Stem Cell ）# o! L3 t! V9 C. p5 S( Y" p
在这里，研究人员提出了NEAT(纳米工程挤出排列道)，这是一种剪切应力驱动的3D生物打印策略，利用降冰片烯功能化胶原蛋白(NorCol)生成高度排列、机械稳定的水凝胶，无需后处理。NEAT保留了胶原蛋白的天然三螺旋结构，支持分级纤维组织，并支持长期培养(> 8周)的快速光聚合。" x4 V' N- X8 p/ t8 Y3 n2 V
当封装在纯净的构建体中时，在优化的纤维结构的引导下，人神经干细胞表现出增强的排列和加速的神经元分化。在完全脊髓横断的大鼠模型中，整齐的植入物促进了强健的轴突重连、突触形成和显著的功能性运动恢复。这项研究开发NEAT 略成功解决了超软、高含水组织制造的技术难题，实现从百纳米纤维排列到厘米级组织功能的多层级构建，为未来体外功能模型及多尺度生物制造系统奠定了方法学基础。% ]# n6 x0 T$ Q
参考消息：
' K( F8 o; H/ Y( ?2 fhttps://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(25)00455-2+ w5 R$ B8 v1 S  g

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