​Nature子刊：3D打印神经导管，断肢获新生

全文3200字，阅读需要6分钟。本文分享3D打印神经导管在Nature Communications的研究成果。

AM易道导语：

3D打印技术在神经再生领域又取得了重大突破！

上海交通大学附属第六人民医院的研究团队开发出了一种可定制的3D打印神经导管，能够有效促进复杂神经损伤的修复。

这项动物研究为神经损伤修复提供了新的研究思路，也展示了3D打印在医疗领域的应用潜力；其人体临床安全性和有效性仍需进一步验证。

声明：本文内容来自Nature Communications杂志最新发表的研究论文，原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-49980-w

在一项为期12个月的研究中，研究团队成功地帮助一只构建了复杂坐骨神经损伤模型的比格犬重获了行走能力。

通过精确的MRI扫描和3D打印技术，他们为这只狗狗制作了一个完全贴合其神经损伤形状的导管。

手术后，比格犬的恢复情况令人惊喜 - 不仅能够站立行走，甚至可以轻快地小跑了！

请跟随AM易道一起来看看这项突破性的研究，并领略3D打印技术在医疗领域的无限潜力。

神经损伤治疗的痛点

大家可能都听说过「断臂重接」的手术，但即使手术成功，患者也很难恢复正常的感觉和运动功能。

这是因为神经损伤后的修复是一个极其复杂的过程。目前临床上常用的自体神经移植虽然效果还不错，但存在供体有限、会造成二次创伤等问题。

而市面上现有的人工神经导管又难以满足复杂神经损伤的个性化需求。

AM易道认为，这正是3D打印技术大显身手的好机会！

3D打印不仅可以实现快速、个性化的生产，还能精确控制材料的微观结构，这些特点与神经修复的需求简直是绝配。

3D打印神经导管的奇思妙想

上海交通大学附属第六人民医院的研究团队别出心裁，他们从中国传统的糖画艺术中获得灵感，开发出了一种名为SpinMed的3D打印神经导管。

Spin代表旋转，Med代表医疗，寓意着这种导管可以像糖画艺人旋转竹签一样，「画」出各种形状的神经导管。

具体来说，研究团队首先使用3D打印技术制作出糖质模板，然后通过浸泡、冷冻干燥等工艺，最终得到了具有多层结构的神经导管。

这种导管不仅外形可以根据患者的神经损伤情况进行个性化定制，内部结构还模仿了天然神经的微观结构！

研究团队巧妙地模仿了天然神经的多层结构：外层的上皮神经、中间的周围神经，以及内部的神经内膜。这种结构设计不仅提供了物理支持，还为神经再生创造了理想的微环境。

3D打印技术的精妙应用

在这项研究中，3D打印技术的应用可谓是精妙绝伦。

b展示了SpinMed外层的3D打印成品，这是通过相分离反向模具法制作而成的。c则是完整的SpinMed导管，它是通过将填充物注入外层壳体而形成的。

图d展示了如何根据MRI检测结果重建后定制制作不规则形状的SpinMed导管。这充分体现了3D打印技术在个性化医疗器械制造中的优势。

想象一下，未来我们可能可以为每一位神经损伤患者定制一个完全符合其损伤形状的神经导管，这将大大提高治疗效果！

研究团队使用一款专业生物3D打印设备来制作糖质模板。

根据论文描述，

「糖被预热至160°C以去除残留水分，然后在130-145°C的温度下进行打印。」

这个温度控制可是有讲究的：温度太低，糖就流动性不够，打印不出精细的结构；温度太高，糖又容易变色甚至焦化。所以，精确的温度控制是保证打印质量的关键。

打印速度也是一个需要仔细调节的参数。

论文中提到，

「通过调整打印速度，确保糖浆能够稳定流动，从而打印出光滑的模板。」

这就好比糖画艺人旋转竹签的速度，太快了糖丝容易断，太慢了又不能拉出漂亮的形状。

图e中的扫描电镜图像清晰地展示了最终产品的微观结构。我们可以看到，SpinMed导管的外层呈现出多孔结构，孔径约为1μm。

这种特殊的结构设计，正如论文中所说，「允许纳米颗粒穿过但拒绝细胞径向穿透。」

这一设计巧妙地解决了传统神经导管易被周围组织侵入的问题。

图f-h展示了SpinMed导管的力学性能。从图中我们可以看到，SpinMed导管在反复压缩后仍能保持良好的弹性，这一特性有助于缓解植入后肌肉收缩带来的机械干扰。

值得注意的是，SpinMed导管的抗压性能主要来自于其外层结构，而填充物的应力-应变特性与天然神经组织相似。

图i-j则展示了SpinMed导管的拉伸性能。结果显示，SpinMed导管的机械强度显著优于天然神经和脱细胞神经，这保证了它在植入后有足够的适应性。

神奇的「三明治」结构

SpinMed神经导管的结构设计堪称巧妙。它就像一个精心设计的「三明治」，外层是仿上皮神经的保护壳，中间是仿周围神经的填充物，内部则是能够自发形成的仿内膜结构。

外层保护壳是用聚己内酯（PCL）制成的，这种材料已经获得了FDA的批准，生物相容性好，降解速度慢，可以为神经再生提供长期的物理支持。

中间的填充物则是由丝素蛋白和脱细胞神经基质组成，这些材料会在中期降解，为神经再生提供足够的空间和适当的方向指引。

最神奇的是内层结构，研究团队通过特殊的设计，让新生血管分泌的蛋白质与填充物表面结合，形成了一个类似天然神经内膜的结构。

AM易道认为，这种多层结构的设计思路不仅适用于神经导管，也可以应用到其他的组织工程支架中。

犬模型中的修复效果

SpinMed神经导管的治疗效果简直令人惊叹。让我们来看看下图，这张图展示了SpinMed在犬模型中的应用效果。

图a和6b展示了手术过程。研究团队在比格犬的坐骨神经上制造了一个复杂的分支损伤模型。

然后，他们使用MRI扫描获取了损伤部位的精确数据，并据此定制了SpinMed导管。这种个性化定制的方法充分体现了3D打印技术的优势。

更令人兴奋的是治疗效果。图e显示了术后12个月时的神经超微结构。

我们可以清楚地看到，使用SpinMed导管修复的神经（Spin.组）中，轴突和髓鞘的形态与自体神经移植组（Auto.组）相当，甚至在某些方面还略胜一筹。

具体来说，「SpinMed组的髓鞘厚度显著优于自体移植组。」

图h进一步证实了这一点。这些图像展示了再生神经的组织学切片，我们可以看到SpinMed组的神经纤维数量与自体移植组相当，而且明显优于脱细胞神经移植组（Decell.组）。

AM易道认为，这些结果支持了SpinMed导管在该犬损伤模型中的修复潜力，也凸显了3D打印技术在复杂医疗器械制造中的研究价值。

商业化前景几何？

说了这么多技术细节，相这项技术的商业化前景如何？

AM易道认为，SpinMed神经导管的商业化潜力是巨大的。

神经损伤修复是一个庞大的市场。据统计，仅在美国每年就有超过20万例外周神经损伤手术。如果算上全球市场，这个数字会更加惊人。

SpinMed导管解决了现有产品的诸多痛点。它可以根据患者的具体情况进行个性化定制，能够修复复杂的分支神经损伤，这些都是现有产品难以做到的。

原文提及SpinMed导管核心材料已有FDA相关批准。但材料的既有批准不等于SpinMed导管本身获批，不能替代对该导管的临床安全性、有效性验证及相应监管审批。

未来展望

展望未来，AM易道认为，SpinMed神经导管的成功只是3D打印技术在医疗领域应用的一个开始。我们可以期待看到更多类似的创新产品出现。

比如，是否可以用类似的技术开发其他类型的组织工程支架？是否可以将这种技术与干细胞技术结合，开发出更先进的再生医学产品？

另外，随着3D打印技术的不断进步，我们是否能够直接打印出包含细胞的组织器官？这些都是值得期待的研究方向。

各位AM易道读者，您对这项技术有什么看法？欢迎在评论区留言讨论！

（正文内容结束）

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