3D打印仿生支架在脊髓損傷修復(fù)中的研究進(jìn)展

張浩 張鈺 肖世寧 劉家明

1南昌大學(xué)第一附屬醫(yī)院骨科（南昌 330006）；2南昌大學(xué)第四臨床醫(yī)學(xué)院（南昌 330100）；3南昌大學(xué)脊柱脊髓研究所（南昌 330006）

3D打印技術(shù)起源于20世紀(jì)90年代，是一種增材制造（AM）技術(shù)，借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助制造（CAD/CAM）工具來控制打印物的宏觀形狀和每一分層的細(xì)微結(jié)構(gòu)，并結(jié)合材料科學(xué)和機(jī)械制造等技術(shù)來選擇打印原材料和設(shè)定打印程序［1-2］。該技術(shù)具有高度的自由化，不需要特定的工業(yè)模具以及繁雜的工藝，只需要選擇原材料并設(shè)計(jì)好3D打印機(jī)需執(zhí)行的數(shù)據(jù)模型，就能打印出所設(shè)計(jì)的三維結(jié)構(gòu)。隨著技術(shù)的不斷成熟和完善，3D打印技術(shù)目前已被廣泛應(yīng)用于汽車、航空和醫(yī)療等領(lǐng)域［3］。

在醫(yī)療領(lǐng)域中，靈活便捷的3D打印技術(shù)已經(jīng)在生成骨骼、肌肉等生物結(jié)構(gòu)和人工關(guān)節(jié)假體等植入式醫(yī)療器械方面取得了成功，該技術(shù)既能保證精準(zhǔn)度，又能使物質(zhì)快速成型，同時(shí)保持良好的生物相容性，促進(jìn)包括脊柱外科治療在內(nèi)的許多臨床治療開發(fā)出了簡便、高效的新型方案，并在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的成效［4-5］。3D打印技術(shù)也為當(dāng)前難以解決的脊髓損傷（spinal cord injury，SCI）問題提供了新的思路與方向，利用3D打印技術(shù)可以打印出具有精細(xì)孔隙結(jié)構(gòu)的仿生脊髓支架填補(bǔ)SCI在損傷部位產(chǎn)生的間隙，通過改善微環(huán)境來促進(jìn)軸突修復(fù)和再生，同時(shí)可以搭載相應(yīng)的干細(xì)胞來促進(jìn)細(xì)胞分化并減少炎癥反應(yīng)［6］。

目前多種3D打印生物支架已被研發(fā)，包括傳統(tǒng)材料支架、新型材料支架和承載細(xì)胞的支架等，并通過動(dòng)物SCI模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證了3D打印仿生脊髓支架的對(duì)SCI修復(fù)的促進(jìn)作用。本文就近期3D打印仿生脊髓支架的實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，探究3D打印技術(shù)制造的脊髓支架對(duì)SCI修復(fù)的效果，為臨床上應(yīng)用3D打印技術(shù)解決SCI修復(fù)問題提供理論依據(jù)和研究方向。

1 3D打印仿生支架在SCI修復(fù)中的實(shí)驗(yàn)研究

SCI是指由壓迫、碰撞和撕裂等外界物理因素造成的原發(fā)性損傷，以及損傷后的炎癥反應(yīng)和血栓形成導(dǎo)致的繼發(fā)性損傷。SCI會(huì)引起損傷區(qū)域的微環(huán)境改變，包括瘢痕組織形成、營養(yǎng)因子缺乏和髓鞘蛋白中神經(jīng)再生抑制因子的表達(dá)，這些改變均不利于神經(jīng)組織的再生修復(fù)［7］，如果沒有有效的治療措施介入，SCI后的自我修復(fù)將十分困難。目前，治療SCI的主要方法是外科手術(shù)減壓和物理固定損傷脊柱，并借助藥物輔助治療［8］，但治療效果往往不夠理想。因此，SCI的科學(xué)治療仍是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問題。3D打印技術(shù)可以精準(zhǔn)制造出復(fù)雜的三維脊髓支架和所需的修復(fù)細(xì)胞，在SCI動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中取得了理想的效果，為臨床SCI的治療提供了新的思路。

3D生物打印是以生物材料、活性物質(zhì)與活細(xì)胞等作為生物墨水，通過建模軟件設(shè)定打印程序后，利用特殊的打印裝置形成具有三維立體結(jié)構(gòu)的類組織體，其過程可分為4個(gè)步驟：數(shù)據(jù)采集、材料選擇、生物打印和功能化［9］。在現(xiàn)有的3D打印技術(shù)中，噴墨打印、微擠壓打印、立體光刻和熔融沉積建模等方法在神經(jīng)組織工程領(lǐng)域的應(yīng)用越來越受關(guān)注。

生物支架是當(dāng)前治療SCI的熱點(diǎn)方向。3D打印脊髓支架利用膠原蛋白等生物分子材料，并通過掃描脊髓損傷處的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出特異性的脊髓支架模型，從而得到具有滿足植入要求的形狀大小以及完整內(nèi)部結(jié)構(gòu)的脊髓支架，并且在植入脊髓損傷處時(shí)可以判斷方位，精準(zhǔn)地與脊髓損傷端相結(jié)合［10-11］，有利于損傷區(qū)域的修復(fù)再生。軸突再生和損傷區(qū)域的重新連接是SCI修復(fù)的前提，并且繼發(fā)性損傷期是治療的關(guān)鍵時(shí)期［12］。3D打印脊髓仿生支架既可以作為損傷區(qū)軸突再生的接觸引導(dǎo)，也可以作為傳遞干細(xì)胞的載體，從而改變不利于神經(jīng)再生的微環(huán)境［6］。因此，3D打印仿生支架對(duì)于繼發(fā)性損傷的治療十分有效，在整體的SCI治療方面具有先天的優(yōu)勢。

當(dāng)前用于3D打印脊髓支架的原料主要是膠原蛋白，這種材料具有良好的生物相容性，但也有穩(wěn)定性差等局限性。研究者通過用其他材料與膠原蛋白混合作為3D打印的原料，利用各材料的優(yōu)勢互補(bǔ)制作出了具有理想效果的仿生脊髓支架。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的新型材料被用來作為3D打印脊髓支架的原材料，并在特定情況下結(jié)合神經(jīng)干細(xì)胞、特殊的細(xì)胞因子等提高支架的應(yīng)用效果。

2 改良膠原蛋白支架

膠原蛋白是細(xì)胞外基質(zhì)的主要成分，具有低免疫原性和良好的生物相容性，但是熱穩(wěn)定性、力學(xué)性能和抗酶性較差。雖然在組織工程中運(yùn)用較多，但其應(yīng)用仍受自身性質(zhì)的約束［13］。將膠原蛋白與其他互補(bǔ)的生物材料相結(jié)合，可以得到適合制作脊髓支架的混合材料，很好地改善了傳統(tǒng)支架在應(yīng)用中遇到的問題。目前對(duì)于3D打印制造的改良膠原蛋白支架均在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證了支架對(duì)于SCI修復(fù)的促進(jìn)作用，可以加速SCI后的神經(jīng)系統(tǒng)重建和神經(jīng)功能恢復(fù)。

2.1 3D打印膠原蛋白/殼聚糖仿生脊髓支架 史新宇等［11］設(shè)計(jì)將殼聚糖與膠原蛋白結(jié)合來彌補(bǔ)膠原蛋白機(jī)械性能弱的缺點(diǎn)，利用3D打印技術(shù)制造出了膠原蛋白/殼聚糖仿生脊髓支架，并通過實(shí)驗(yàn)觀察該支架對(duì)脊髓損傷大鼠的治療作用。結(jié)果3D打印膠原/殼聚糖支架組大鼠的BBB評(píng)分和斜坡實(shí)驗(yàn)角度均高于其他組，并且運(yùn)動(dòng)誘發(fā)電位和體感誘發(fā)電位相比于其他組潛伏期更短、振幅更大，表面運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)效果優(yōu)于其他組。MRI和彌散張量成像結(jié)果也顯示該組大鼠的神經(jīng)功能恢復(fù)良好。朱旭［14］也利用3D打印膠原/殼聚糖支架探索其對(duì)脊髓損傷大鼠的治療效果，通過對(duì)大鼠的BBB評(píng)分和斜板爬壁實(shí)驗(yàn)以及在離體后采用HE染色、Bielschowsky銀染和NF免疫熒光染色方法檢測對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，各項(xiàng)結(jié)果均表明3D打印支架組的大鼠神經(jīng)組織恢復(fù)效果明顯優(yōu)于其他組?？梢?，殼聚糖與膠原蛋白結(jié)合具有互補(bǔ)的作用，以二者為原材料利用3D打印技術(shù)制造的仿生脊髓支架具有良好的生物相容性和力學(xué)性能，對(duì)于SCI的修復(fù)有明顯的促進(jìn)作用。

近年來，隨著組織工程學(xué)的發(fā)展，生物支架、種子細(xì)胞、神經(jīng)因子三者聯(lián)合移植被認(rèn)為是目前治療SCI的有效療法［15］。生物支架搭載特定神經(jīng)因子修飾種子細(xì)胞，既可以根據(jù)特定的損傷情況進(jìn)行細(xì)胞修飾，又能保障種子細(xì)胞有適宜的生理環(huán)境發(fā)揮修復(fù)作用。神經(jīng)干細(xì)胞（NSCs）具有強(qiáng)大的增殖能力和分化多向性，在神經(jīng)治療方面有著巨大的潛力，經(jīng)神經(jīng)因子修飾的NSCs直接注射至病變處對(duì)SCI的修復(fù)具有正向促進(jìn)作用［16］。生物支架可以為細(xì)胞提供所需的理想生理環(huán)境，促進(jìn)NSCs在SCI修復(fù)中的分化進(jìn)程，因此將支架與修飾后的細(xì)胞結(jié)合是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)［17］。LIU等［18］通過低溫3D打印制造了一種腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（BDNF）集成的膠原蛋白/殼聚糖支架，可以延長BDNF在SCI治療中的釋放，在植入SCI大鼠體內(nèi)后促進(jìn)了神經(jīng)纖維再生和突觸連接的建立，增強(qiáng)了損傷部位的髓鞘再生。隋曌等［19］等制備了吸附神經(jīng)營養(yǎng)素-3（NT-3）的3D打印膠原蛋白/殼聚糖支架，用于SCI大鼠實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)植入該支架的SCI大鼠在BBB評(píng)分、斜坡爬壁實(shí)驗(yàn)和神經(jīng)纖維再生數(shù)量等各項(xiàng)指標(biāo)中均優(yōu)于對(duì)照組，表明該支架對(duì)SCI的修復(fù)具有良好的促進(jìn)作用。劉曉云［20］開發(fā)了一種由功能性殼聚糖，透明質(zhì)酸衍生物和基質(zhì)膠組成的新型生物相容性生物墨水，這種材料打印的支架可以保持高NSC活力（約95%），并提供良性的微環(huán)境，促進(jìn)細(xì)胞-物質(zhì)相互作用和神經(jīng)元分化，以優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的形成。并且通過大鼠體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證明了該支架可以促進(jìn)軸突再生，減少神經(jīng)膠質(zhì)瘢痕沉積，使大鼠的運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)顯著。

值得注意的是，除了利用MRI、電生理評(píng)分等傳統(tǒng)方法來檢測SCI修復(fù)的效果外，F(xiàn)RIEDRICH等［21］利用3D打印技術(shù)制造了一種模塊化微流控穩(wěn)態(tài)成像板，并證實(shí)了該裝置可以在離散時(shí)間段內(nèi)觀察損傷脊髓的再生過程，這項(xiàng)技術(shù)在以后的SCI修復(fù)實(shí)驗(yàn)中具有很好的應(yīng)用前景。

2.2 3D打印膠原蛋白/硫酸肝素仿生脊髓支架

與殼聚糖的作用相似，硫酸肝素與膠原蛋白結(jié)合可以彌補(bǔ)膠原蛋白力學(xué)性能的不足，并延長降解時(shí)間［22］。JIANG等［23］的研究證實(shí)，3D打印膠原蛋白/硫酸肝素支架具有良好的力學(xué)性能和生物相容性，并且降解速率較慢。張仁坤等［24］借助3D打印機(jī)將膠原蛋白和硫酸肝素的結(jié)合物制備出了一種具有規(guī)律孔隙的高度仿生神經(jīng)組織的新型支架材料，將其作為3D打印仿生脊髓支架的原材料具有很好的應(yīng)用前景。CHEN等［25］觀察3D打印膠原蛋白/硫酸肝素仿生脊髓支架對(duì)脊髓損傷大鼠的治療作用，發(fā)現(xiàn)3D打印支架組大鼠的運(yùn)動(dòng)功能明顯恢復(fù)，并通過電生理檢查發(fā)現(xiàn)支架組的神經(jīng)絲（NF）大量增多，進(jìn)一步改善了SCI的病理損傷。張仁坤等［26］將3D打印膠原蛋白/硫酸肝素仿生脊髓支架載NeuroD1修飾的NCSs用于大鼠脊髓損傷的修復(fù)，結(jié)果顯示支架+NSCs-NeuroD1組的Tarlov和Rivlin評(píng)分和各時(shí)間段BBB評(píng)分均高于其他對(duì)照組，并在所有實(shí)驗(yàn)組中運(yùn)動(dòng)和感覺潛伏期最短、振幅最大，表明該治療方法可以促進(jìn)脊髓損傷大鼠的神經(jīng)修復(fù)。

用于SCI修復(fù)的NCSs可來源于誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSCs）［27］，iPSCs是一種由哺乳動(dòng)物成體細(xì)胞經(jīng)轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)錄因子等手段脫分化形成的多功能干細(xì)胞，與胚胎干細(xì)胞擁有相似的再生能力，可以用來替代一些難以獲得的干細(xì)胞進(jìn)行研究和治療，并且在實(shí)際應(yīng)用中的倫理爭議很小，誘導(dǎo)iPSCs進(jìn)行定向分化是再生醫(yī)學(xué)的熱點(diǎn)研究方向。李長明等［15］利用尿液中的腎小管細(xì)胞誘導(dǎo)出了iPSCs，并使其分化為NCSs。之后利用3D打印膠原蛋白/硫酸肝素仿生脊髓支架載iPSCs來源的NSCs進(jìn)行急性脊髓損傷大鼠的修復(fù)，結(jié)果顯示iPSCs-NSCs組術(shù)后2～8周的BBB評(píng)分、神經(jīng)電生理檢測結(jié)果以及術(shù)后8周的Tarlov、Rivlin評(píng)分均高于模型組和支架模型組。表明3D支架載尿液細(xì)胞來源iPSCs-NSCs移植對(duì)急性脊髓損傷大鼠的修復(fù)具有良好的促進(jìn)作用。

2.3 3D打印膠原蛋白/絲素蛋白仿生脊髓支架

絲素蛋白是從蠶絲中提取的一種具有良好的力學(xué)性能、生物相容性以及低免疫原性的天然生物材料［28］，可與膠原蛋白進(jìn)行互補(bǔ)共同作為脊髓仿生支架的材料。劉曉銀等［29］為檢驗(yàn)彌散張量成像與運(yùn)動(dòng)功能之間的相關(guān)性，利用3D打印膠原蛋白/絲素蛋白仿生脊髓支架對(duì)脊髓損傷大鼠進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并通過BBB評(píng)分、斜坡爬壁實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)大鼠神經(jīng)功能恢復(fù)的效果。結(jié)果顯示，3D打印膠原蛋白/絲素蛋白支架更能促進(jìn)損傷大鼠運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)。JIANG等［30］將3D打印膠原蛋白/絲素蛋白支架與NCSs相結(jié)合用于大鼠脊髓損傷的修復(fù)，發(fā)現(xiàn)該組大鼠的BBB評(píng)分、斜坡爬壁實(shí)驗(yàn)的坡度均高于其他組，并且該組大鼠的脊髓損傷空隙內(nèi)的填充組織較多，說明支架可促進(jìn)神經(jīng)組織的再生修復(fù)。LI等［31］利用3D打印技術(shù)制造的膠原蛋白/絲素蛋白支架（3D-C/SF）模擬皮質(zhì)脊髓束，將其與冷凍干燥技術(shù)制備的支架（C/SF）分別植入SCI大鼠中進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果3D-C/SF組在組織學(xué)分析中表現(xiàn)出較少的病變和無序結(jié)構(gòu)，并且在病變部位表現(xiàn)出更多的GAP43陽性特征。在單純使用膠原蛋白/絲素蛋白仿生脊髓支架的基礎(chǔ)上，CHEN等［32］將人臍間充質(zhì)干細(xì)胞吸附在支架上共同植入SCI大鼠中觀察療效，通過BBB評(píng)分、斜坡爬壁實(shí)驗(yàn)和MRI等指標(biāo)與對(duì)照組相比，結(jié)果均提示這種搭載間充質(zhì)干細(xì)胞的新型支架可以促進(jìn)神經(jīng)纖維和髓鞘再生，加速損傷部位的突觸連接。

3 新型生物材料支架

3.1 3D打印甲基丙烯酸酐化明膠（GelMA）支架

聚乙二醇（二醇）二丙烯酸酯（PEGDA）是一種親水、有彈性的空白板巖水凝膠，可用于制造各種生物分子。3D打印PEGDA-GelMA支架可改變星形膠質(zhì)細(xì)胞的反應(yīng)性，使星形膠質(zhì)細(xì)胞的足突平行于支架通道內(nèi)的再生軸突，并可促進(jìn)生長，降低損傷區(qū)域的炎癥反應(yīng)［33］。KOFFLER 等［34］使用微尺度連續(xù)投影打?。é藽PP）的方法制備了3D仿生PEGDA-GelMa支架，用于脊髓損傷再生的研究，支架內(nèi)具有精確的CNS結(jié)構(gòu)。在實(shí)驗(yàn)中，3D仿生PEGDA-GelMa支架表現(xiàn)出了良好的生物相容性，并且在4周后仍未發(fā)生斷裂或變形，與其他組的生物支架相比具有良好的力學(xué)性能。在另一項(xiàng)研究中，ZHU等［35］通過基于立體刻印的生物打印技術(shù)制備了PEGDA-GelMa支架，并將NCSs移植到支架上，之后將低水平光療法（LLLT）與該支架進(jìn)行結(jié)合使用，探索細(xì)胞后續(xù)的增殖和分化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，膠質(zhì)細(xì)胞標(biāo)記物的表達(dá)受到抑制，陽性神經(jīng)元細(xì)胞大量增多，激光刺激細(xì)胞中神經(jīng)元makers基因表達(dá)水平上調(diào)。表明LLLT與PEGDAGelMa支架相結(jié)合對(duì)神經(jīng)組織修復(fù)具有顯著的促進(jìn)作用。

HAMID等［36］利用聚己內(nèi)酯（PCL）與GelMa結(jié)合打印仿生脊髓支架，相比于傳統(tǒng)制造方法，3D打印可以明顯提高該支架的孔隙率。將擬胚體（EB）加入到支架中進(jìn)行誘導(dǎo)分化實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示分化的EBs中含有βⅢ-微管蛋白陽性神經(jīng)元，并表現(xiàn)為軸突延伸和細(xì)胞遷移，這表明該支架可促進(jìn)EBs的神經(jīng)分化，可推動(dòng)SCI的修復(fù)。王鍵豪等［37］探究了3D打印GelMA水凝膠支架聯(lián)合骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞促進(jìn)SCI修復(fù)的可能性，將支架植入SCI大鼠后與SCI損傷對(duì)照組大鼠比較，結(jié)果顯示支架組的細(xì)胞存活率、再生脊髓組織數(shù)目和大鼠BBB評(píng)分等指標(biāo)均高于對(duì)照組，表明該支架適宜細(xì)胞存活增殖、生物性良好等優(yōu)良特性，可有效促進(jìn)SCI修復(fù)。

3.2 3D打印聚乳酸-羥基乙酸（PLGA）支架 聚乳酸-羥基乙酸共聚物（PLGA）是由乳酸和羥基乙酸隨機(jī)聚合而成的一種可降解的功能高分子有機(jī)化合物，具有良好的生物相容性，并且沒有毒性。SUN等［38］利用PLGA制造了一種多孔、親水性高和生物降解性良好的仿生脊髓支架，并在該支架上評(píng)估雪旺細(xì)胞（SC）的發(fā)育情況。結(jié)果顯示，SCs在PLGA支架上的發(fā)育增殖良好，作為周圍神經(jīng)系統(tǒng)中的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，SCs發(fā)育良好表明該支架可以促進(jìn)SCs連接和支持各種神經(jīng)成分，并快速發(fā)揮分配營養(yǎng)物質(zhì)、參與修復(fù)和吞噬的作用，加快了神經(jīng)損傷的再生修復(fù)；GFAP染色、Nissl染色、LFB染色和Bielschowsky銀染也表明PLGA支架可顯著促進(jìn)脊髓的恢復(fù)。KAPLAN等［39］將PLLA和PLGA按1∶1混合后進(jìn)行3D打印制造出了具有更高的孔隙率和良好的生物相容性的仿生脊髓支架，并將纖維蛋白負(fù)載到支架上共同植入大鼠脊髓的損傷處，結(jié)果顯示，該支架可以引導(dǎo)軸突再生和突觸形成，為脊髓神經(jīng)組織再生提供了一個(gè)良好的微環(huán)境。

3.3 3D打印海藻酸鈉-基質(zhì)膠（SA-MA）支架 外胚間充質(zhì)干細(xì)胞（EMSCs）是一種可分化為骨細(xì)胞、神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞的成體干細(xì)胞。LI等［40］利用3D打印技術(shù)制造了一種海藻酸鈉-基質(zhì)膠（SA-MA）體外支架，并檢測該支架對(duì)EMSCs分化和生長的影響效果。根據(jù)Higuchi方程，結(jié)合有EMSCs的支架結(jié)構(gòu)具有生長因子BDNF的持續(xù)釋放效應(yīng)，并且支架上細(xì)胞存活率和分化效率均高于二維培養(yǎng)。SA-MA促進(jìn)EMSCs神經(jīng)元分化的能力為SCI治療中的神經(jīng)元再生提供了一種新的生物材料。

3.4 3D打印嗅鞘細(xì)胞結(jié)合水凝膠支架 許多活細(xì)胞，包括雪旺細(xì)胞、NSCs和嗅鞘細(xì)胞（OECs）等，已被用于促進(jìn)神經(jīng)修復(fù)再生。OECs是一種終身具有神經(jīng)再生功能的再生細(xì)胞，它與雪旺細(xì)胞和膠質(zhì)細(xì)胞在表現(xiàn)型上具有共同點(diǎn)，既存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，又存在于周圍神經(jīng)系統(tǒng)。OECs具有促進(jìn)軸突生長和神經(jīng)營養(yǎng)等作用，在神經(jīng)再生時(shí)可以發(fā)揮多種作用，使其成為修復(fù)神經(jīng)時(shí)的良好選擇。在3D打印技術(shù)中，活細(xì)胞可以直接嵌入支架或者混合在打印介質(zhì)中作為打印原材料。OECs可以透過星形細(xì)胞的疤痕，并緩解沿著傷口的神經(jīng)軸突的生長發(fā)育［41］。OTHON等［42］利用生物激光打印技術(shù)（BioLP）在多層水凝膠支架上形成了數(shù)條OECs線，發(fā)現(xiàn)結(jié)合有打印得到的OECs的脊髓支架可使細(xì)胞間的相互作用增加，并使治療藥物集中于移植部位，對(duì)于脊髓損傷修復(fù)具有良好的促進(jìn)作用。

3.5 3D打印神經(jīng)引導(dǎo)導(dǎo)管結(jié)合多能間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞支架 神經(jīng)引導(dǎo)導(dǎo)管移植在短間隙缺損病變的治療中具有良好的功能效果，但由于來源有限和傳統(tǒng)制備困難，神經(jīng)引導(dǎo)導(dǎo)管在長間隙缺損病變中應(yīng)用十分局限。RODRíGUEZ-SáNCHEZ等［43］制備了3D打印的聚己內(nèi)酯神經(jīng)引導(dǎo)導(dǎo)管，并在異源纖維蛋白生物聚合物中嵌入了犬類多能間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞作為細(xì)胞支架來研究其神經(jīng)再生作用，通過體外炎癥實(shí)驗(yàn)和植入坐骨神經(jīng)損傷大鼠實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了該支架具有支持營養(yǎng)微環(huán)境和促進(jìn)神經(jīng)電生理恢復(fù)的積極作用，并且在脊髓微環(huán)境中可變?yōu)樯窠?jīng)營養(yǎng)因子介導(dǎo)的促再生狀態(tài)。

3.6 3D打印熱響應(yīng)聚氨酯（PU）水凝膠支架 聚氨酯（PU）彈性體是一類堅(jiān)韌柔順的熱塑性彈性體，具有由硬段和軟段組成的線性結(jié)構(gòu)［44］。熱響應(yīng)性和可生物降解的PU分散體無需交聯(lián)劑就可以在37℃附近形成凝膠，將NCSs嵌入在這種凝膠中可作為打印支架的原材料。HSIEH等［45］將嵌有NCSs的PU水凝膠支架用于斑馬魚創(chuàng)傷性腦損傷的實(shí)驗(yàn)研究，該支架促進(jìn)了斑馬魚的CNS修復(fù)，使得創(chuàng)傷性腦損傷的成年斑馬魚的神經(jīng)功能得以恢復(fù)。PU支架具有很強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度、彈性以及支持細(xì)胞增殖的能力，使用結(jié)晶度較高的PU制成相關(guān)的支架，可使支架的降解速率適合纖維環(huán)（AF）的修復(fù)再生［46］。PU支架在SCI修復(fù)領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用潛力。

4 總結(jié)與展望

隨著新型材料的出現(xiàn)和3D打印技術(shù)的發(fā)展，以改良膠原蛋白或其他新型材料制造3D打印仿生脊髓支架的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究成為了當(dāng)前SCI修復(fù)研究的一個(gè)嶄新方向，研究者通過SCI損傷動(dòng)物模型驗(yàn)證了這些支架對(duì)于促進(jìn)動(dòng)物SCI修復(fù)的正向促進(jìn)效果。

目前，3D打印技術(shù)在SCI乃至整個(gè)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。由于其個(gè)體化及精準(zhǔn)化的特點(diǎn)，能更好地解決傳統(tǒng)打印支架結(jié)構(gòu)不完善、患者的個(gè)性化損傷問題，而且對(duì)脊柱外科的術(shù)前評(píng)估也有很大的幫助。盡管已有多種不同材料制造的3D打印脊髓支架在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中取得了良好的效果，但對(duì)于不同材料制造的支架之間的療效差異的研究還比較缺乏，沒有得到一種公認(rèn)的最科學(xué)有效的打印原材料，并且實(shí)驗(yàn)僅局限于動(dòng)物，實(shí)際的臨床效果仍是未知的。同時(shí)3D打印在SCI中的應(yīng)用同樣受到該技術(shù)本身的約束：（1）打印設(shè)備和原材料的價(jià)格昂貴，使得醫(yī)用應(yīng)用成本偏高；（2）打印技術(shù)不夠成熟，目前不能打印出軟組織附著，如肌肉、血管和神經(jīng)的走形和分布等；（3）打印的準(zhǔn)備周期較長。在脊柱外科應(yīng)用中，構(gòu)建所需的組織打印模型以及原材料的選擇與準(zhǔn)備均會(huì)耗費(fèi)大量時(shí)間，可能會(huì)延誤最佳的治療時(shí)機(jī)［47］。

總之，3D打印的脊髓支架在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中的理想修復(fù)效果為臨床SCI的治療提供了新的思路和方向，今后的研究可以以探究最佳打印原材料和臨床實(shí)際應(yīng)用效果為重心，得出3D打印技術(shù)用于促進(jìn)臨床SCI修復(fù)的可行性。雖然該技術(shù)僅處于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段，尚未轉(zhuǎn)化為臨床應(yīng)用，但其應(yīng)用前景仍十分值得期待。