使用电子显微镜成像的支架在结构上被设计成帮助引导再生的神经元
图一:比例尺= 100米
图片B:比例尺= 1米
学分:冲绳科技学院 全世界每年有几百万人遭受脊髓损伤
这些类型的伤害破坏了大脑和身体之间的沟通联系，减少了运动和感觉，在最坏的情况下，会导致瘫痪
现在，日本冲绳科学技术研究所研究生院(OIST)的研究人员使用了一种新技术来创建三维支架，可以引导再生神经元向正确的方向发展
《材料科学与工程:C》杂志上描述的支架提供了一个概念证明，研究人员希望有一天可以用它来设计一种结构，帮助重新连接人类脊髓内受伤的神经元
“目前，再生脊髓中的受损神经元是一个真正的挑战，”OIST分子神经科学部门负责人马尔科·特伦齐奥教授说
他解释说，虽然外周神经，像手指和腿中的神经，可以相对容易地自我愈合，但中枢神经系统中的大多数神经元，在大脑和脊髓中，不具有这种水平的再生潜力
“脊柱中只有少数类型的神经元愈合能力有限，”教授继续说道
特伦齐奥
“除此之外，神经元可能需要长到几毫米，并且可能会有疤痕组织
因此，我们需要提供一个人工支架来帮助神经元，弥合差距
" 纳米丝网印刷机使用双光子光刻技术印刷，然后硬化聚合物，形成特殊设计的结构
学分:冲绳科技学院 当神经元自我修复时，这个过程不会孤立发生
相反，神经元依赖细胞外基质——一种为神经元正确生长提供支持和化学线索的纤维结构
但到目前为止，技术上的限制已经阻止了能够精确模拟细胞外基质结构的支架被大规模制造以治疗脊髓损伤
在这项研究中，科学家们转向了一种最先进的制造技术，称为双光子光刻，与标准印刷方法相比，这种技术使他们能够更好地控制整个结构
“它的工作原理有点像3D打印，但恰恰相反，”教授解释道
特伦齐奥
“这种结构不是通过在需要的地方沉积材料来建立的，而是通过移除材料来创建的
" 研究人员使用计算机软件首先设计了带有凹槽和凹痕的支架，以促进神经元的定向生长
神经元通常呈放射状生长，从一个中心点向外扩散，教授
特伦齐奥解释说，但是在切断联系的伤病中，沿着直线成长来连接双方更有效率
研究人员设法在支架上培养感觉神经元，在这里用共聚焦显微镜观察
学分:冲绳科技学院 研究人员随后使用一种叫做IP-Dip的聚合物构建了不同的支架
这种材料在来自激光器的光的作用下硬化，根据示意图，激光器在特定的位置发射
多余的、未硬化的聚合物随后在末端被洗掉，以显示最终结构
当研究人员研究支架的材料特性时，他们发现硬化的聚合物是热和机械稳定的
研究人员还通过从背根神经节培养培养的小鼠神经元来测试这种结构是否具有生物相容性，背根神经节是一组靠近脊髓并将感觉传递给大脑的神经元
该团队还用小鼠运动神经元测试了这种结构，这种神经元存在于脊髓中，负责肌肉收缩和随之而来的运动
这两种类型的神经元都能够在支架上附着和生长
研究人员设计了一个多孔的支架，以鼓励神经元生长到结构中，以及顶部
神经元成功地生长成支架，并用共聚焦显微镜成像
神经元根据它们在支架中的深度进行着色
学分:冲绳科技学院 “我们发现神经元能够穿透支架的所有层，这非常令人兴奋，”教授说
特伦齐奥
“下一个目标是利用这一设计作为模板，开发未来可用于小鼠体内实验的支架
" 该团队还计划用不同的材料和支架设计进行实验，这些材料和支架设计可以更好地治疗其他类型的损伤
然而，研究人员承认，这项技术目前对大多数研究实验室来说过于昂贵，而且这台机器可能需要几天时间才能打印出足够大的支架
“这项技术在很大程度上仍处于起步阶段，但我们希望随着时间的推移，它将在成本和效率方面有所提高，”教授补充道
特伦齐奥
“我们非常幸运能够通过OIST工程部门的纳米制造和机械工程服务获得这台机器
"
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