科学家开发了一种在3D生物打印机上打印神经假体的技术

圣彼得堡大学的研究人员开发了NeuroPrint软神经假体3D打印技术。从长远来看，这可以帮助脊髓损伤后瘫痪的人。这一新的发展已经在对哺乳动物和斑马鱼的研究中显示出了它的有效性。研究结果发表在《自然生物医学工程》杂志上。

根据世界卫生组织的数据，超过10亿人，即约占世界人口15%的人患有各种形式的残疾。每年，多达50万人接受脊髓损伤，通常伴有肢体瘫痪和自主神经功能障碍。为了更好地为残疾人找到恢复健康的方法，研究人员正在开发侵入性神经假体，这种假体可以传递电信号来恢复脊髓和大脑，并恢复失去的功能。

许多医生和科学家面临的主要挑战之一是如何调整神经假体，以保护一个人周围的神经组织。尽管有生物兼容的弹性材料，但并不是总能快速调整设备以适应患者的解剖和年龄特征。解决这一问题的方案是由圣彼得堡大学翻译生物医学研究所的帕维尔·穆西延科教授和英国谢菲尔德大学(英国谢菲尔德大学自动控制与系统工程系)的伊万·米内夫教授领导的一个研究小组提出的，解决这个问题的方案是由一个研究小组提出的。该研究小组由圣彼得堡大学生物转化生物医学研究所的帕维尔·穆西延科教授和英国谢菲尔德大学(英国谢菲尔德大学自动控制与系统工程系)的伊万·米内夫教授领导的研究小组提出了解决这个问题的方案。他们已经开发出一种全新的3D打印技术，使其能够快速定制肌肉和神经植入物，以监测和恢复运动和自主神经功能。

多亏了NeuroPrint混合3D打印技术，这种针对患者的方法现在已经成为可能。首先，打印机创造了由硅胶制成的未来植入物的几何形状，硅胶也是一种重要的绝缘材料。然后，将铂或植入物的另一种导电元素的微粒涂抹在框架上。然后，表面被冷等离子体激活。此外，神经植入物中的电极数量和配置可以完全改变，生产用于植入脊髓、大脑或肌肉组织的装置。从项目创建到产品原型制作的平均生产时间仅需24小时。

圣彼得堡大学国际翻译生物医学研究所神经假体实验室负责人Pavel Musienko教授说，通过开发的技术，制造植入物的过程可以变得快得多，成本也低得多。考虑到设备的紧凑性和方法的多功能性，在未来，就在医院里生产针对患者的神经植入物是不太可能的。这位医生说，“考虑到设备的紧凑性和方法的多功能性，未来不太可能在医院直接生产针对患者的神经植入物。”这遵循了个性化医疗的原则，将尽可能地将成本和交付时间降至最低。

神经科学家已经利用NeuroPrint技术对各种模型对象-哺乳动物和斑马鱼-进行了研究。研究表明，新的神经植入物具有更高的生物集成度和功能稳定性。此外，当他们被用来帮助恢复肢体的运动功能和监测膀胱活动时，他们也和他们的同龄人一样好。此外，科学家们还能够打印出形状和机械特性相似的软植入物，以覆盖大脑的硬脑膜内外结缔组织膜。这是一项非常重要的成就，因为许多科学实验由于过于僵硬的神经元植入物而无法进行，这些植入物不适合神经组织的软结构。此外，这限制了它们在临床实践中的使用。

Pavel Musienko说，我们已经在一些实验中测试了我们的发展，这些实验是在自由活动的大鼠身上进行的，用于长期记录大脑皮层的皮层信号，这也是改善脑机接口的一个必要元素。“对瘫痪动物进行的实验表明，电刺激神经网络有效地恢复了运动功能。因此，NeuroPrint技术为中枢神经系统的基础研究以及当人们遭受各种疾病和伤害时的神经假肢打开了新的机会。

参与这项研究的科学家包括：圣彼得堡大学；俄罗斯科学院巴甫洛夫医学生理学研究所；格拉诺夫俄罗斯医学放射外科技术研究中心；俄罗斯联邦卫生部圣彼得堡国立医学肺病学研究所；乌拉尔联邦大学；德累斯顿理工大学(德国)；以及谢菲尔德大学(英国)。

这项研究得到了来自以下机构的资助：圣彼得堡大学、欧洲研究理事会、德累斯顿理工大学、俄罗斯基础研究基金会、德国研究基金会(Deutsche Forschungsgemeinschaft)和大众基金会(Volkswagen Foundation)。