神經組織工程（Neural tissue engineering ，NTE）是近些年新興的一門學科，主要研究神經系統的修復和再生，其重要應用為構建具有良好組織相容性的仿生三維支架。這種支架能夠提供細胞生長、粘附和分化環境，并促進神經組織功能的改善和修復。因此，研究人員需要開發并選擇理想的、能夠用于這類支架的神經組織工程材料。

目前，天然或人工生物聚合材料，如聚乳酸（PLA）、聚己內酯（PCL），Filaflex（FF）、Flexdym（FD）和明膠甲基丙烯酸酯水凝膠（GelMA），憑借其優秀的生物組織相容性、機械性能，均有望應用于NTE中。

 

西班牙格拉納達大學組織工程系一個研究團隊于今年在《 Polymers 》雜質發表了一篇名為《Comparison of Printable Biomaterials for Use in Neural Tissue Engineering: An In Vitro Characterization and In Vivo Biocompatibility Assessment》的文章。在該文章中，作者從打印性、機械性能、體外細胞與材料相互作用分析以及體內組織相容性四個角度，系統地比較了上述五種聚合物材料在NTE應用方面的優劣性，為將來相關生物材料開發提供了新的依據。

實驗流程：

采購即用型PLA、PCL， FF、FD長纖維，制備GelMA水凝膠溶液。

使用西班牙Regemat 3D公司的REG4Life生物3D打印機，將步驟1中的材料，打印成預先設計的4種不同類型的3D結構，用于后續測試（圖1）。

圖1 待檢測的3D支架和實驗方案：使用REG4Life生物3D打印機制備4種不同結構的3D聚合物支架，分別用于印刷性測試、機械測試、體外細胞-生物材料相互作用分析和體內組織相容性實驗

 

根據實驗方案，從4個方面驗證不同聚合物材料打印的3D生物支架性能（圖1）。

實驗結果

這五種生物材料都具有很好的打印效果，相比之下，PLA、FF和FD支架比PCL有更高的保真度和分辨率。而GelMA由于膨脹，導致打印的孔徑比預先設定的值小（圖2）。

圖2 a） PLA、（b） PCL、（c） FF、（d） FD 和 （e） GelMA 的打印效果圖

 

拉伸實驗結果表明，所有材料都滿足NTE需求，不過在具體參數中各有優劣。在剛度方面，PLA較硬（325.89±30.33 MPa），而FD和GelMA較軟（分別為0.41±0.02 MPa和0.09±0.02 MPa）。在形變能力方面，FD的材料更柔軟，而PLA材料的形變能力最差。

通過比對生物材料和細胞體外共培養72h和7d后的細胞存活率等指標，作者發現在細胞培養72小時和7天后，接種PCL、FF和FD支架的細胞顯代謝活性示出明顯高于接種PLA和GelMA的細胞（p < 0.05），但活細胞的比例并沒有顯著性差異。

生物材料皮下植入成年大鼠體內，10天后評估免疫原性反應。免疫組化結果證實了生物材料周圍的局部宿主炎癥反應，但沒有核浸潤或存在漿細胞介導的反應。 

結論：

受限于實驗周期等因素，對于生物降解等指標還需進一步研究，但無論是機械性能還是細胞-生物材料組織相容性，REG4Life生物3D打印機所打印的4種生物材料都可以應用在NTE中，對NTE材料的開發具有很好的借鑒意義。

更多資訊請訪問文獻全文鏈接：https:// doi.org/10.3390/polym16101426

 

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