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脊髓损伤（SCI）治疗难题待解，新加坡研究人员探索 3D 生物打印用于脊髓组织工程，虽有进展但仍面临挑战。
脊髓损伤（SCI）会导致严重且往往不可逆的感觉和运动功能障碍，发病率和死亡率都很高。在全球范围内，目前有超过 2700 万人在脊髓损伤后长期存在运动功能障碍。中枢神经系统（CNS）受到创伤后，会发生一系列复杂的伴随和连续的病理事件，这些事件导致了神经再生的失败。此前已有论文对脊髓损伤的病理生理学进行了全面综述。除了因脊髓受损导致的运动功能丧失外，自主神经功能的广泛变化和缺陷也加剧了脊髓损伤的严重程度。
由于脊髓损伤是一个多因素问题，其机制和过程尚未完全明确，这使得有效治疗方法的开发变得复杂。多年来，人们开发了许多治疗策略，如神经再生的基因调控、生长因子递送、生物材料植入或注射、细胞植入以及神经刺激等。近年来，各种研究采用了组合方法，将支架植入与细胞和生物活性分子相结合。然而，到目前为止，还没有有效的治疗方法能够对抗脊髓损伤后的长期功能缺陷。这些治疗方法失败的原因可能是当前再生方法在机械、化学和生物信号的分布上缺乏空间图案化。在这方面，3D 生物打印因其易于控制支架中细胞和药物的图案而受到越来越多的关注，它可以实现空间表型指定，并为轴突生长提供引导，以形成适当的连接。这篇综述文章将首先阐述空间图案化在神经发育中的重要性，以及机械和生化图案化对区域特化和轴突再生方向的影响。随后，将讨论如何利用 3D 生物打印实现脊髓组织工程的空间图案化。
细胞异质性的空间图案化
人们从分子标记、转录组信息、形态学和神经连接等方面对脊髓进行了表征和分析，以进一步了解脊髓中的神经元结构。具体来说，脊髓可分为三个区域：背侧、中间和腹侧。这些区域因其功能不同而相互区分，而功能又由每个区域中存在的细胞类型决定。感觉处理由背侧区域控制。
3D 生物打印
3D 生物打印彻底改变了组织工程领域，它能够整合并控制生物材料、细胞、药物和生长因子的空间排列和组成。这一进展有助于制造出复杂的结构，这些结构与天然组织的分层组织和细胞微环境极为相似。借助这种精确性，3D 生物打印有望克服与脊髓损伤治疗相关的难题。
挑战与未来展望
3D 生物打印已经制造出了模拟组织环境特征的仿生支架。到目前为止，大多数用于脊髓损伤治疗的 3D 打印支架结构都针对微通道和网格图案。尽管它模仿了脊髓中的线性束，但并没有模拟重建神经通路所需的异质性脊髓环境。如前所述，空间图案化是增强脊髓组织再生的新方向。
利益冲突声明
作者声明，他们不存在已知的可能影响本文所报道工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本研究由新加坡总理办公室国家研究基金会（National Research Foundation）旗下的卓越研究与技术企业校园（CREATE）计划资助（IntraCREATE 资助编号：NRF2019 - THE002 - 0001）。同时，也感谢教育部一级研究基金（RG92/22、RT21/23 和 RG27/24）的部分资金支持。C.K. 感谢南洋理工大学（NTU）提供南洋研究奖学金以开展研究工作。
