Cell Stem Cell：顧奇團隊等開發(fā)新型生物3D打印技術，實現(xiàn)脊髓損傷的功能性修復

編輯丨王多魚

排版丨水成文

脊髓修復需要能復制天然組織中軸突排列結構和機械柔軟度的生物材料。然而，目前大多數(shù)支架在水合、低剛度環(huán)境中無法支持人神經(jīng)干細胞（hNSC）的三維排列和神經(jīng)元分化。

2026 年 1 月 13 日，中國科學院動物研究所顧奇研究員聯(lián)合胡寶洋研究員、馮桂海研究員及中國科學院沈陽自動化研究所鄭雄飛研究員團隊（黃文慧、陳淑嫻、李凱、丁雅麗、詹泊為論文共同第一作者），在Cell Stem Cell期刊發(fā)表了題為：Nanoengineered Extrusion-Aligned Tract Bioprinting Enables Functional Repair of Spinal Cord Injuries 的研究論文。

該研究提出一種剪切應力驅(qū)動的生物 3D 打印新策略——NEAT（Nanoengineered Extrusion-Aligned Tract）。該技術在無需后處理的條件下，實現(xiàn)了從納米級纖維排列到厘米級三維組織結構的連續(xù)取向構建，并在體內(nèi)外體系中完成系統(tǒng)性功能驗證，在大鼠完全性脊髓橫斷模型中，NEAT 植入物促進了軸突的顯著重新連接、突觸形成以及明顯的運動功能恢復。這種策略將拓撲控制、細胞編程和功能整合相結合，為神經(jīng)組織工程和脊髓再生提供了一個強大的平臺。

在生物制造領域，基于天然膠原的高含水水凝膠存在力學穩(wěn)定性差、三維結構難以固化及空間取向難以跨尺度構建等問題，制約了復雜功能組織的工程化制造。尤其在生理條件下，膠原自組裝速度慢、成型可控性差，依賴外場牽拉或靜態(tài)支架獲得的取向結構往往無法長期維持，也難以與生物 3D 打印流程良好兼容。天然細胞外基質(zhì)的取向具有多尺度特征，從納米纖維、微米纖維束到宏觀結構需協(xié)同一致，進一步增加了構建難度。

在這項最新研究中，研究團隊提出了NEAT（Nanoengineered Extrusion-Aligned Tract）策略，將材料組裝與制造過程耦合，在保持膠原三螺旋結構和生物活性的基礎上，利用擠出打印過程中的剪切應力場，誘導化學修飾的原膠原纖維在成形的同時發(fā)生定向重排與有序組裝；通過優(yōu)化噴嘴尺寸、打印速度與擠出壓力等關鍵參數(shù)，實現(xiàn)了從百納米到微米級的纖維連續(xù)取向。

體外功能鑒定結果表明，NEAT 打印構建的取向組織在細胞分化與功能成熟度方面均表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，支持超過 8 周的體外培養(yǎng)。在動物損傷模型中，取向打印結構在維持工程穩(wěn)定性的同時，促進軸突再連接、突觸形成及取向結構重建。

這項研究所開發(fā) NEAT 策略成功解決了超軟、高含水組織制造的技術難題，實現(xiàn)從百納米纖維排列到厘米級組織功能的多層級構建，為未來體外功能模型及多尺度生物制造系統(tǒng)奠定了方法學基礎。

論文鏈接：

https://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(25)00455-2