基础研究
3D打印组织工程支架联合骨髓间充质干细胞移植修复脊髓损伤
中华骨科杂志, 2021,41(6) : 376-385. DOI: 10.3760/cma.j.cn121113-20210205-00140
摘要
目的

通过组织学分析、免疫荧光染色、电生理检测和感觉运动功能评价等实验方法,探讨3D打印水凝胶支架联合骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)促进脊髓损伤功能恢复的有效性。

方法

将10%的GelMA水凝胶和106 U的BMSCs悬液配置成的生物墨水,通过3D打印平台组建仿生脊髓支架,置入培养基中并在37 ℃的CO2培养箱环境培养。通过扫描电镜观察支架的微观结构,大体观察BMSC在支架中的分布;利用CAM/PI染色和共聚焦显微镜观察干细胞在支架中的存活,测定支架的生物相容性;将支架植入大鼠背部皮下组织,利用HE染色测定皮下组织以检测支架的免疫原性;制备大鼠脊髓损伤半切模型,移植支架进行治疗,利用共聚焦显微镜评估脊髓损伤局部的神经元和轴突的再生情况;采用BBB评分进行运动功能评价;机械疼痛评分进行感觉功能评价;表面电极检测法评价电生理恢复效果。

结果

支架内部呈现网状疏松结构,长梭形的间充质干细胞在支架内外均匀分布;支架生物相容性良好,制备的支架在打印24 h后细胞存活率达到96%;皮下移植支架28 d后,免疫排斥反应轻微,免疫原性低;脊髓移植支架28 d后,通过HE染色观察到,与损伤组相比,治疗组的再生脊髓组织明显增多,其中广泛分布着细胞,通过免疫组化染色证实再生细胞部分为神经元;免疫荧光染色共聚焦显微镜观察到,与损伤组对比,支架治疗组损伤部位的再生神经元和轴突明显增多。BBB评分中,支架治疗组第一周10分,损伤组仅1分左右,差异有统计学意义(P<0.05);支架治疗组第4周为17分,损伤组仅恢复至4分左右,差异有统计学意义(P<0.05);治疗组的斜板支撑角度恢复至40°,而损伤组仅恢复至22°;治疗组的疼痛阈值降至18.5分,与损伤组无统计学差异;治疗组电生理的潜伏期恢复效果同假手术组,优于损伤组。

结论

3D打印水凝胶支架具有疏松网状结构适宜细胞存活增殖、生物性良好、细胞毒性低、免疫原性低等优良特性,促进损伤局部的神经元再生并伸出轴突,从而有效促进脊髓损伤后的运功功能、感觉功能和神经电信号传导速率的恢复。

引用本文: 王健豪, 刘洋, 付玄昊, 等.  3D打印组织工程支架联合骨髓间充质干细胞移植修复脊髓损伤 [J] . 中华骨科杂志, 2021, 41(6) : 376-385. DOI: 10.3760/cma.j.cn121113-20210205-00140.
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脊髓损伤(spinal cord injury,SCI)是指损伤平面以下不可逆的感觉、运动功能障碍,其临床表现取决于损伤的部位和严重程度,目前修复脊髓损伤仍是极具挑战性的难题[1,2]。其治疗的关键是使损伤中心的轴突再生,并穿过损伤区域,最后与目标神经元建立连接[3,4]。干细胞移植策略为修复脊髓损伤提供了一种颇具前景的临床治疗方案[5,6,7]。骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchyml stem cells,BMSCs)是一种具有多种分化功能的干细胞,可分化为星形胶质细胞、神经元和其他神经细胞,并可抑制纤维瘢痕组织和囊肿形成,起到稳定轴突的作用,同时其促进M1型巨噬细胞向M2型巨噬细胞的转化,减少急性期炎症反应,改善脊髓损伤后微环境,促进损伤后神经修复[8,9]

 
 
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