神经作为人体的中枢系统，在调节和控制其他组织/器官的生理功能及代谢稳态等方面发挥关键作用。此外，组织再生是一个动态且复杂的生理过程，需要多种信号、细胞和生长因子的协同作用。在损伤初期，神经会率先感知损伤信号并做出反应，通过分泌多种神经递质和神经肽等调节再生微环境，从而积极参与组织再生。因此，构建具有神经调节功能的生物活性支架对于加速组织再生及恢复其生理功能尤为重要。

近日，中国科学院上海硅酸盐研究所吴成铁研究员带领研究团队在生物3D打印神经构建体用于复杂组织再生方面取得新进展。针对“神经调控组织再生及功能化”这一关键要素，该研究团队提出将硅酸盐生物陶瓷基生物墨水与神经干细胞相结合，采用生物3D打印技术创新性地构建了一种神经化构建体。硅酸盐生物陶瓷赋予神经构建体优异的神经活性及多细胞调控功能，使其可作为通用的神经化平台促进多种组织的修复再生及功能恢复（图1）。该研究成果以“Bioprinting of inorganic-biomaterial/neural-stem-cell constructs for multiple tissue regeneration and functional recovery”为题近日发表在知名期刊《国家科学评论》（National Science Review）上（Natl. Sci. Rev. 2024, 11 (4): nwae035），同时申请发明专利一项。论文第一作者为上海硅酸盐所2019级博士生张洪健，通讯作者为吴成铁研究员。论文链接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwae035

研究团队基于锂、钙、硅元素的促神经分化及神经保护作用，开发了基于Li-Ca-Si（LCS）生物陶瓷的生物墨水，并将其与神经干细胞结合，通过生物3D打印技术制备一种功能化的神经构建体。研究发现LCS基生物墨水释放的多种活性离子能够通过PI3K-AKT通路促进神经干细胞向神经元方向分化并诱导神经元成熟，展现出优异的神经调控活性（图2）。此外，基于LCS生物墨水的神经构建体还展现出良好的多细胞调控功能，有效促进骨髓间充质干细胞的成骨分化、内皮细胞的成血管化以及与肌肉细胞形成神经肌肉接头等。在全横断脊髓损伤模型中，神经构建体能够刺激神经分化及血管化，促进脊髓损伤再生及恢复老鼠下肢运动功能；在颅骨损伤模型中，神经构建体可以有效诱导新生骨的形成、骨整合、血管化及神经支配，实现神经/血管化骨再生；在体积性肌肉损伤模型中，神经构建体能够诱导肌纤维的形成与成熟、血管化并增强神经支配，实现了神经/血管化肌肉再生（图3）。综上所述，该研究从“神经调节组织再生”的角度出发制备的基于生物陶瓷/神经干细胞的神经构建体为实现复杂组织再生提供了一种潜在的策略，同时也为新一代复杂组织工程生物材料的设计提供新的思路。

相关研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划和上海市科委/上海分院基础特区等基金的资助。

图1. 生物3D打印基于无机材料/神经干细胞的神经化构建体促进脊髓、颅骨和肌肉损伤等多种组织再生与功能恢复。

图2. 神经构建体的制备与表征。（a）Li-Ca-Si生物陶瓷的形貌、粒径分布与物相组成；（b）LCS基生物墨水的形貌与流变学特性；（c）神经构建体的体外生物活性；（d）LCS调控神经分化的生物学机制。

图3.神经构建体的体内修复效果。（a）脊髓损伤修复；（b）颅骨再生；（c）肌肉组织再生。