3D打印的“创可贴”高效递送细胞实现盆神经节损伤修复

来源： EFL生物3D打印与生物制造

2024年8月，中国核发了第一张细胞治疗的许可证，这一里程碑标志着未来将有更多细胞治疗场景获得许可，细胞治疗的临床应用也将迎来蓬勃发展。然而，直接将细胞注射到体内的方式面临着细胞易流失和易凋亡的问题，导致治疗效果的不稳定。如果能够开发出高效的细胞递送方式，并将其转变为微组织的形式，无疑会显著提高治疗效果。因此，研发安全有效的细胞递送系统是推动细胞治疗进入更多临床应用的关键。

创可贴/绷带简单易用，能否将这一概念引入到细胞递送领域？为此，我们通过高精度3D打印成功开发出膜状三维支架，实现了高效递送的细胞创可贴。这种膜状支架能够迅速负载细胞，只需将细胞滴加到支架上，短时间内便可形成具有机械强度的细胞片，操作过程简单方便。使用时，它不仅可以像创可贴一样直接贴于需要修复的创面，还能够采用微创方式递送，或通过手术缝合固定在目标位置。由于打印支架所用的材料为在临床上已广泛应用的可降解聚合物，细胞创可贴方案不需要做任何改进便可直接应用于临床。

为了展示其细胞创可贴的临床应用潜力，EFL团队与浙江省人民医院的张大宏团队合作，将创可贴应用于盆腔神经损伤修复中。随着盆腔相关疾病检出率的上升，外科手术逐渐成为盆腔相关疾病治疗的主流方案。然而，这些手术的并发症通常会导致盆腔神经损伤，引发神经源性膀胱（NB），表现为尿潴留和尿失禁，这对患者的身心健康和生活质量产生了显著影响，但目前尚无有效的治疗方法，亟需创新性解决方案。

浙江大学的贺永教授和浙江省人民医院的张大宏教授近期在《Nature Communications》上发表了题为“A tissue bandage for pelvic ganglia injury”的研究，报道了细胞创可贴及其在盆腔神经损伤修复中的应用探索。研究显示，细胞创可贴表现出良好的修复效果，能够通过增加损伤神经内细胞骨架蛋白的表达，增强内稳态，从而抵抗损伤并促进修复。何晶博士和钱麟医生为论文的共同一作，贺永和张大宏教授为共同通讯作者。

图1 细胞创可贴TB（细胞绷带）的制备和应用   

1. 细胞创可贴的体外类组织特性
细胞创可贴/细胞绷带（TB）的双层结构设计是其功能和广泛应用的关键。底层由接近细胞尺寸的微纤维（27.90 ± 2.49 μm）构成，展现出优良的柔性和细胞黏附特性。纤维之间形成的“à”字型节点，使底层的孔隙率中位数达到8.29k ± 0.14k μm²，促使细胞接种后能够迅速形成完整的细胞片。顶层采用直径为167.99 ± 7.39 μm的单向排列加强筋，这种设计不仅增强了结构的机械刚度，还使得TB能够有效缠绕于创面，从而在各种医疗实践中实现灵活的应用。TB的柔性和可卷曲特性使其具备良好的操作性，能够适应盆腔内部复杂的解剖结构，降低对组织的二次损伤风险。

在该支架上培养的人脐静脉内皮细胞（HUVECs）能够形成模拟微组织结构的紧密连接，这种连接有效防止了细胞泄漏，并增强了对体内损伤环境的耐受能力，为细胞治疗的应用奠定了良好的基础。

RNA测序结果表明，TB上调了VEGFA的表达，并具有增强神经修复能力，为神经再生应用提供了良好的适用性。这一设计使得新型创可贴不仅能够向受损组织输送治疗细胞，促进损伤部位更快愈合，同时还具备便捷的临床操作性，易于推广。

值得注意的是，我们的研究显示，TB在无血清冻存液中可稳定保存超过五个月，复苏后仍能保持活性和治疗效果。这一特性使得TB在临床应用中具有更大的灵活性和适应性。此外，该设计不需要额外的化学改性，从而简化了转化过程中FDA的审批流程。同时，聚己内酯（PCL）的生物降解性进一步增强了其作为治疗选择的吸引力，预示着TB在未来临床产品转化中的可行性。   

图2 TB的类组织特性

2. TB有助于维持大鼠膀胱功能
我们采用了大鼠盆腔神经节（MPG）的挤压损伤模型，探索与盆腔手术或创伤相关的神经损伤及TB的治疗效果。雄性大鼠显示明显的排尿困难和膀胱扩张，适合评估治疗效果。实验结果表明，TB显著改善了排尿功能，尿动力学测试显示自主排尿和膀胱排空能力均有所增强，对减少膀胱并发症和保护膀胱结构至关重要。通过对残余尿量、功能行为及MPG和膀胱的病理分析，我们观察到TB在治疗MPG损伤方面具有重大意义。  

图3 2周后检测动物排尿行为及尿动力学

3.神经损伤修复的原因
我们对受损神经节的病理评估显示神经元和神经纤维的损伤、炎症及纤维化等迹象。然而，在早期阶段将TB包裹于受损的MPG，能够有效递送HUVECs并上调VEGFA表达水平，促进血管生成并保护神经完整性，从而减少对功能性神经元和轴突的损伤。此外，髓鞘的保护增强了MPG与膀胱之间神经信号的传递。分析蛋白组学（TMT），结果表明，TB增强了盆腔神经节细胞内骨架蛋白的表达，增强了其对机械损伤的抵抗能力。这一创新不仅为治疗盆腔神经损伤提供了新方法，还为神经生物学的未来研究开辟了新的方向。   

图4 对比TB组与损伤组的蛋白差异揭示TB修复神经节的原因

根据我们的研究，TB是处理盆腔神经损伤的首个有效方法，标志着这一领域的重要突破。TB凭借其独特的柔性设计、良好的可操作性、生物降解性、低温存储能力以及转化潜力，成为未来临床应用的理想候选者。TB作为一种理想载体，能够高效负载多种细胞类型，这大大提升了活细胞向目标组织的精准递送能力，从而显著增强了治疗效果。此外，TB在多个领域的广泛应用潜力也极具价值，包括口腔黏膜治疗、伤口愈合、药物递送和类器官形成等。通过以微组织形式改善治疗细胞的存活和功能，细胞创可贴为细胞疗法提供了高效的递送工具，促进了细胞疗法的快速发展。这些特点使TB在未来医学治疗中具有重要应用前景。

文章来源：
https://doi.org/10.1038/s41467-024-53302-5