脊髓癱瘓悲劇將停止 醫學3D列印可修復受損神經

脊髓損傷是最嚴重的傷殘,患者受損的脊髓以下完全失去知覺與運動能力,比如因摔馬而癱瘓的「超人」克里斯多夫李維,就是這樣的患者。電影「逆轉人生」與「我就要你好好的」都講這類患者的故事。未來這樣的悲劇將有機會治療,這是幹細胞與3D列印帶來的曙光。

下一個大未來(next big future)報導,3D列印技術可能是本世紀最重要的技術革命,除了在製造技術上的突破以外,在生物醫療上也極有潛力。脊髓受損極難復原,因為神經細胞不容易再生,即使再生也很難與其他的神經細胞重新連線,這就是神經斷裂就會失去感覺的原因。但是3D列印出的生物植入物似乎有機會引導神經系統重建,到目前為止,這項技術應用在嚴重脊髓損傷的大鼠身上,有了初步的成果。

生物學家以水凝膠為材料,利用3D打印將水凝膠做成不同的尺寸和形狀,以適應患者脊髓損傷的精確解剖結構,這些凝膠可以做為簡單的支架,引導細胞再生。研究人員再用神經幹細胞,填充進水凝膠支架裡,然後幹細胞就會開始依照將水凝膠支架生長,像缺失的拼圖一樣裝入脊髓損傷部位。

植入物含有數十個微小、僅200微米(1微米=百萬分之一公尺)寬的「通道」,這個尺寸對神經幹細胞剛剛好,使它們可以沿著脊髓損傷的長度生長,精準的另一側神經細胞連接。

加州大學聖地亞哥分校(UC SD )醫學工程學院的奈米工程教授迪亞哥.傑柯布(Diego Jacobs)說:「我們的3D打印技術,成功創造了一個模仿中樞神經系統結構的支架。它就像橋一樣,引導脊髓損傷一端的再生軸突(Axon),與另一端對齊。軸突本身可以向任何方向擴散和再生,但是支架使軸突保持整齊,引導它們朝正確的方向生長以完成脊髓連接。」

同為研究團隊一員的馬克.塔什斯基(Mark Tuszynski)說:「近年來,我們逐漸了解脊髓損傷、軸突受損的問題所在,也就能知道怎麼協助它們再生。」

塔什斯基的助手柯比.克菲爾補充:「神經細胞非常細微,但我們的3D列印技術,可以模仿脊髓中纖細、複雜的軸突陣列,幹細胞也會沿著它們開始分化並啟動應有的功能。」

研究人員以嚴重脊髓損傷的大鼠為實驗,將植入物放到大鼠脊髓受損部位,結果幾個月後,新的脊髓組織真的完全再生,並連接宿主脊髓被切斷的末端,大鼠原本癱瘓的後腿,開始恢復知覺,甚至具備運動能力。

克菲爾說:「這個進展非常令人興奮,它標示著我們發明的植入物,可以使嫁接過去幹細胞得到原本脊髓神經的接納,而且沒有發炎與結痂組織的干擾。」

下一步研究人員準備在更大型的動物模進行實驗,希望總有一日可以應用到人體臨床測試。接下來的步驟,將會在脊髓支架內摻入蛋白質,以進一步刺激幹細胞活力和軸突生長。

中時電子報 江飛宇

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