RCSI研究人員開發(fā)3D打印植入物，可向受損部位傳遞電刺激修復(fù)脊髓損傷

2025年7月17日，南極熊獲悉，來自愛爾蘭皇家加拿大醫(yī)學與健康科學大學（RCSI）的一個研究小組開發(fā)了一種 3D 打印植入物，可以向脊髓受傷部位傳遞電刺激，為修復(fù)神經(jīng)損傷提供了一種潛在的新途徑。

有關(guān) 3D 打印植入物的詳細信息以題為“3D-Printing of Electroconductive MXene-Based Micro-Meshes in aBiomimetic Hyaluronic Acid-Based Scaffold Directs and Enhances ElectricalStimulation for Neural Repair Applications”的論文發(fā)表在《先進科學》雜志上。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202503454

脊髓損傷是一種影響人生的疾病，可能導(dǎo)致癱瘓、感覺喪失和慢性疼痛。在愛爾蘭，有超過2300名脊髓損傷患者及其家庭，但目前尚無有效修復(fù)損傷的治療方法。然而，在損傷部位進行治療性電刺激已被證明具有促進神經(jīng)細胞（神經(jīng)元）再生的潛力。

皇家愛爾蘭科學技術(shù)學院（RCSI）研究與創(chuàng)新副校長、生物工程與再生醫(yī)學教授、組織工程研究組（TERG）負責人費格爾·奧布萊恩教授說道：“促進脊髓損傷后神經(jīng)元的再生歷來非常困難，但我們的團隊正在開發(fā)導(dǎo)電生物材料，可以將電刺激傳導(dǎo)至損傷部位，幫助身體修復(fù)受損組織。AMBER中心提供的獨特環(huán)境，讓生物醫(yī)學工程師、生物學家和材料科學家齊心協(xié)力，共同解決重大的社會挑戰(zhàn)，為此類顛覆性創(chuàng)新提供了重大機遇?！?/div>

△MXene和 MXene-PCL 表征。A) MXene 薄片形貌的 SEM 顯微照片；B) 元素組成的EDX 分析。C) 納米顆粒尺寸分布測量，表明平均粒徑為1.87 ± 1.18 µm。D) 真空退火 MXene 薄膜的 SEM，顯示層狀薄片形貌。E) 退火MXene 薄膜的導(dǎo)電性。F) 經(jīng) NAOH 處理的 PCL 表面表現(xiàn)出與 MXene 涂層薄膜相似的親水性（n  ≥ 8）。G) 涂層 PCL 薄膜產(chǎn)生不透明的黑色薄膜。H) 原子力顯微鏡尖端位移分析；I) MXene-PCL 薄膜。J) MXene-PCL 表面的高分辨率撓度測量，白色箭頭表示凸起的單層 MXene 薄片。

這項研究由愛爾蘭皇家科學學院（RCSI）TERG 和愛爾蘭先進材料與生物工程研究中心（AMBER）的研究人員領(lǐng)導(dǎo)。研究團隊使用了來自愛爾蘭圣三一學院化學學院 Valeria Nicolosi 教授實驗室和 AMBER 的超薄納米材料（這些材料通常用于電池設(shè)計等應(yīng)用），并利用 3D 打印技術(shù)將它們集成到柔軟的凝膠狀結(jié)構(gòu)中。

最終的植入物模擬了人類脊髓的結(jié)構(gòu)，并具有由細小纖維組成的精細網(wǎng)格，可以將電流傳導(dǎo)至人體細胞。實驗室測試表明，植入物能夠有效地向神經(jīng)元和干細胞傳遞電信號，增強生長能力。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)，調(diào)整植入物內(nèi)部的纖維布局可以進一步提高有效性。

△PCL/MXene微網(wǎng)的熔融電寫。A) 不同孔徑微纖維網(wǎng)格（微網(wǎng)）的設(shè)計。B) 噴絲頭運動（紅色）和投影微網(wǎng)設(shè)計（藍綠色）的 SHAPR 模型。C) 纖維間距的變化導(dǎo)致微網(wǎng)橫截面積的顯著變化。D) 微網(wǎng)由交織的微纖維層形成，高度達 75 層。E) 優(yōu)化纖維沉積參數(shù)可實現(xiàn)高分辨率打印。F) 500、750 和 1000 微米微網(wǎng)的照片。G)PCL 和 PCL/MXene 微網(wǎng)的相應(yīng) SEM 顯微照片，展示了 500、750 和 1000 微米微纖維間距的有效生產(chǎn)。 H) MXene 涂層使 MXene 薄片均勻粘附在 PCL 表面，形成 I) 薄層插層。

TERG研究員、論文第一作者IanWoods博士說道：“這些3D打印材料使我們能夠調(diào)節(jié)電刺激的傳遞方式，從而控制再生，并可能催生新一代用于治療創(chuàng)傷性脊髓損傷的醫(yī)療器械。除了脊柱修復(fù)之外，這項技術(shù)還可能應(yīng)用于心臟、骨科和神經(jīng)系統(tǒng)治療，這些治療中，電信號可以促進愈合?！?/div>

愛爾蘭皇家外科醫(yī)學院 (RCSI) 和AMBER 的研究人員與愛爾蘭橄欖球聯(lián)盟慈善信托基金 (IRFU-CT) 合作開展項目，并組建了一個顧問小組來監(jiān)督和指導(dǎo)這項研究。小組成員包括重傷橄欖球運動員、臨床醫(yī)生、神經(jīng)科學家和研究人員。

伍茲博士表示：“咨詢小組憑借他們的專業(yè)知識，幫助我們加深了對脊髓損傷患者生活經(jīng)歷、治療重點以及新興治療方法的理解。我們定期舉行會議，持續(xù)交流意見、想法和成果?！?/div>

本研究得到了愛爾蘭橄欖球聯(lián)盟慈善信托基金、AMBER、愛爾蘭先進材料和生物工程研究中心以及愛爾蘭研究委員會愛爾蘭政府博士后獎學金的支持。