基于MRI数据三维打印技术定制的脑组织工程支架

doi:10.4103/1673-5374.205101

摘要/Abstract

摘要：

传统工艺制备的支架因其空间结构与不规则空腔结构有着较大的差距，故修复神经功能的效果有限，三维打印技术在定制空腔微结构方面克服了传统制造方法中存在的复杂外形制造困难和内部微结构无法控制的缺陷。为此，实验以采取电子皮质挫伤仪构建随机的脑组织缺损模型，基于MRI数据重建空腔模型设计支架。由于制造过程中分辨率有限，我们将空腔模型放大5倍后，以胶原/壳聚糖材料制作了支架。结果显示支架具有立体多孔结构、高孔隙率、高比表面积、孔隙内部连通性好、力学性能较软等特性，适宜神经干细胞黏附和生长。同时体内植入实验证实其良好的生物相容性和生物可降解性。结果说明采用三维打印技术成功制备了具有特定外形和复杂内部结构的脑组织仿生支架，该支架在神经修复领域具有较好的研究和应用潜力。

ORCID:0000-0001-8745-140X(Xiao-hong Li)

关键词: 神经再生, 三维打印, 颅脑创伤, 组织工程支架, MRI, 胶原, 甲壳素, 模拟

Abstract:

Conventional fabrication methods lack the ability to control both macro- and micro-structures of generated scaffolds. Three-dimensional printing is a solid free-form fabrication method that provides novel ways to create customized scaffolds with high precision and accuracy. In this study, an electrically controlled cortical impactor was used to induce randomized brain tissue defects. The overall shape of scaffolds was designed using rat-specific anatomical data obtained from magnetic resonance imaging, and the internal structure was created by computer-aided design. As the result of limitations arising from insufficient resolution of the manufacturing process, we magnified the size of the cavity model prototype five-fold to successfully fabricate customized collagen-chitosan scaffolds using three-dimensional printing. Results demonstrated that scaffolds have three-dimensional porous structures, high porosity, highly specific surface areas, pore connectivity and good internal characteristics. Neural stem cells co-cultured with scaffolds showed good viability, indicating good biocompatibility and biodegradability. This technique may be a promising new strategy for regenerating complex damaged brain tissues, and helps pave the way toward personalized medicine.

Key words: nerve regeneration, three-dimensional printing, traumatic brain injury, tissue engineering, scaffolds, magnetic resonance imaging, collagen, chitosan, mimics, neural regeneration

. 基于MRI数据三维打印技术定制的脑组织工程支架[J]. 中国神经再生研究(英文版), 2017, 12(4): 614-622.

Feng Fu, Zhe Qin, Chao Xu, Xu-yi Chen, Rui-xin Li, Li-na Wang, Ding-wei Peng, Hong-tao Sun, Yue Tu, Chong Chen, Sai Zhang, Ming-liang Zhao, Xiao-hong Li. Magnetic resonance imaging-three-dimensional printing technology fabricates customized scaffolds for brain tissue engineering[J]. Neural Regeneration Research, 2017, 12(4): 614-622.

参考文献

引言

出版重点

《中国神经再生研究（英文版）》杂志为SCI、PubMed数据库收录的国际唯一一本专注神经再生领域研究的经同行评议的开放获取期刊，出版来自全球神经再生领域专业学者的前沿性基础研究及临床研究及转化医学、循证医学优秀的最新成果。

期刊出版来自于脑损伤与神经再生、脊髓损伤与神经再生、周围神经损伤与神经再生和神经退行性病与神经再生、神经影像与神经再生的相关研究。期刊关注神经损伤与再生过程中的轴突再生、突触生长、神经可塑性、神经修复和替代、神经移植等最新研究成果。尤其关注应用细胞治疗、基因治疗、生物因子治疗、药物治疗、手术治疗、康复治疗、物理疗法、组织工程、生物工程、生物材料、神经假体等干预性方法产生神经再生效果的相关研究。文章应清晰描述抑制神经元损伤、减轻神经元损伤的一系列变化，保护损伤神经元的过程、方法、程度与评价，突出从细胞分子水平以及分子生物学水平解释神经元损伤后以及预后再生的机制。

NRR杂志被国际重要数据库收录

科学引文索引（Science Citation Index Expanded，SCI）

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讨论

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引言：

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主体内容：

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参考文献：不超过 5条，采用Journal of Neuroscience格式。

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主体内容：

利益冲突：

参考文献：不超过 5条，采用Journal of Neuroscience格式。

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延伸阅读

来自中国武警后勤学院附属医院脑科中心的李晓红团队首次提出“量身定制”颅脑创伤后空腔支架的理念，采用三维打印技术成功制备了具有特定外形和复杂内部结构的脑组织仿生支架，该支架在神经修复领域具有较好的研究和应用潜力。

研究表明，颅脑创伤后神经元及轴突是可以再生的，只是这种再生能力在正常情况下被局部损伤微环境所抑制。研究发现，植入支架的管径、凹槽、隆起等形态特征不仅可促进神经再生的能力，而且对再生轴突的定向生长具有引导作用。传统工艺制备的支架，其空间结构与不规则空腔结构有着较大的差距，因此，其修复神经功能的效果有限。三维打印技术在定制空腔微结构方面，可克服传统制造方法中存在的复杂外形制造困难和内部微结构无法控制的缺陷。

此次，李晓红等采用基于MRI-三维打印的技术作为制作工艺，制备了一种新型空腔支架。首先，采取电子皮质挫伤仪构建随机的脑组织缺损模型，基于MRI数据重建空腔模型。紧接着，采用亲和力和机械性能兼备的胶原/壳聚糖材料，确定了三维打印联合冷冻干燥技术制备复杂三维支架的工艺形式。最后，检测证实三维胶原-壳聚糖仿生支架具有立体多孔结构、高孔隙率、高比表面积、孔隙内部连通性好、力学性能较软等特性，适宜神经干细胞黏附和生长；体内植入实验证实其良好的生物相容性和生物可降解性。研究结果在《中国神经再生研究（英文版）》杂志2017年4月4期发表。

Article: "Magnetic resonance imaging-three-dimensional printing technology fabricates customized scaffolds for brain tissue engineering", by Feng Fu1, 2, Zhe Qin3, Chao Xu1, 2, Xu-yi Chen1, 2, Rui-xin Li4, Li-na Wang1, 2, Ding-wei Peng1, 2, Hong-tao Sun1, 2, Yue Tu1, 2, Chong Chen1, 2, Sai Zhang1, 2, Ming-liang Zhao1, 2, Xiao-hong Li1, 2 (1 Institute of Traumatic Brain Injury and Neurology, Pingjin Hospital, Logistics University of Chinese People’s Armed Police Forces, Tianjin, China; 2 Key Laboratory of Neurotrauma Repair of Tianjin, Tianjin, China; 3 Pingjin Hospital, Logistics University of Chinese People’s Armed Police Forces, Tianjin, China; 4 Institute of Medical Equipment, The Academy of Military Medical Sciences, Tianjin, China)

Fu F, Qin Z, Xu C, Chen XY, Li RX, Wang LN, Peng DW, Sun HT, Tu Y, Chen C, Zhang S, Zhao ML, Li XH (2017) Magnetic resonance imaging-three-dimensional printing technology fabricates customized scaffolds for brain tissue engineering. Neural Regen Res 12(4):614-622.

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