清华大学林峰-宋宇团队，3D生物打印脑类移植物为阿尔茨海默病治疗带来新希望

导读： 阿尔茨海默病（AD）作为一种严重的神经退行性疾病，长期缺乏有效的根治手段，给患者和家庭带来沉重负担。

2025年11月13日，南极熊获悉，近日，清华大学林峰-宋宇团队在《Advanced Science》发表重磅研究，提出一种基于3D生物打印的神经干细胞移植疗法，成功在动物模型中实现认知功能修复，为该疾病的治疗开辟了新路径。

核心挑战：传统干细胞疗法的瓶颈

干细胞疗法曾因具备神经元再生潜力被寄予厚望，但在临床应用中面临多重困境。研究指出，传统干细胞移植存在细胞存活率不足5%、分化方向失控、难以修复脑部结构缺陷等问题。此外，阿尔茨海默病患者脑部存在的病理性微环境，包括异常机械特性、蛋白聚集和慢性神经炎症，进一步阻碍了移植细胞的存活与功能整合。

现有3D类脑器官技术虽能提供复杂神经结构，但存在细胞分布不均、批量生产困难等局限，难以满足临床需求。而生物打印技术凭借可控性和可重复性优势，成为解决这些问题的关键突破口。

创新方案：三维生物打印神经贴片的设计

研究团队研发了名为TTBT的三维生物打印移植系统，核心是一款专为阿尔茨海默病病理特征定制的神经前体细胞（NPC）构建体，其设计亮点体现在三方面：

定制化生物墨水：采用明胶/海藻酸盐/纤维蛋白原三元复合体系，通过优化浓度配比，使材料兼具良好的打印性、生物相容性和降解特性。该材料的力学性能（1-4 kPa压缩弹性模量）与大脑组织高度匹配，能为干细胞提供仿生微环境。

精准结构设计：根据大鼠海马体形态，设计直径1毫米的平底点状结构，最大化移植体与宿主脑组织的接触面积，同时减少手术损伤。通过螺旋路径精准打印，确保结构一致性和植入可行性。

种子细胞优化：选用人诱导多能干细胞衍生的神经前体细胞，经浓度优化（6.67×10⁶ cells·mL⁻¹），既保证细胞存活，又能快速形成成熟神经网络。

实验验证：多维度疗效显著

研究团队在氯化铝诱导的阿尔茨海默病样大鼠模型中，系统对比了3D生物打印构建体移植与传统细胞悬液注射的治疗效果，结果显示：

细胞保留与分化优势：打印构建体组的细胞保留率是细胞悬液组的3.41倍，神经元分化率达79.21%（显著高于对照组的65.08%），其中GABA能神经元分化率提升近一倍（29.85% vs 15.93%）。同时，星形胶质细胞分化受到抑制，降低了胶质瘢痕形成风险。

神经功能修复：移植后，模型大鼠的海马体神经网络完整性得到恢复，突触相关蛋白（SYP、PSD-95）表达水平接近健康对照组。长时程增强（LTP）功能恢复至健康水平的97.89%，而细胞悬液组仅为86.99%。

认知行为改善：Morris水迷宫测试表明，接受打印构建体移植的大鼠空间学习和记忆能力显著提升，搜索策略更高效，与健康大鼠表现接近。此外，神经炎症因子（TNF-α、IL-1β、IL-6）水平显著降低，tau蛋白病理得到缓解。

前景与展望

该研究通过材料工程、结构设计与干细胞技术的深度融合，首次证实3D生物打印神经构建体可多维度改善阿尔茨海默病样病理特征，为解决传统干细胞疗法的核心瓶颈提供了有效方案。研究团队表示，该技术不仅适用于阿尔茨海默病，还可拓展至创伤性脑损伤等其他脑部疾病的治疗。

目前，研究仍存在一定局限，如动物模型未完全模拟人类慢性病程、构建体尺寸需适配人类脑部等。未来将通过大型动物实验优化构建体规模，探索移植体与宿主神经环路的整合机制，推动技术向临床转化。

研究成果以“Advanced Stem Cell Therapy: 3D-Bioprinted Brain-Like Transplants for Alzheimer’s Disease-Like Dementia”为题，于2025年11月发表于《Advanced Science》。论文第一作者为机械系博士生盖可，通讯作者为机械系宋宇助理研究员、林峰教授。研究得到国家自然科学基金和国家重点研发计划的支持。