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周围神经导管研究与进展

发布时间:2024-03-24 作者:admin 来源:讲座

2024年3月24日发(作者:)

周围神经导管研究与进展

现代医药卫生2O15年2月28日 第3l卷第4期 J Mod Med Health,February 28,2015,Vo1.31,No.4 ・综述与讲座・ 周围神经导管研究与进展 罗丽花 综述,周 毅 审校(1.湖北文理学院医学院,湖北襄阳441053;2.湖北文理学院附属医院/ 襄阳市中心医院神经外科,湖北襄阳441021) 【关键词】 组织工程; 周围神经/损伤; 神经导管; 微环境 doi:10.3969/j.issn.1009—5519.2015.04.015 文献标识码:A 文章编号:1009—5519(2015)04—0523—03 目前,周围神经损伤的修复是临床上显微重建外科 险.且修复缺损神经的长度有限。 的一大难题[1]。对于短距离的神经缺损可采用端一端直接 1.1.2静脉采用静脉导管修复周围神经缺损有以下 缝合的方法;而对于长距离的神经缺损则需进行神经 特点:(1)操作简单,取材方便;(2)不必重新加工,无免 移植I2J。其中.自体神经移植是临床上用于修复周围神 疫排斥反应;(3)静脉管壁允许营养物质的扩散,且能阻 经缺损的“金标准”,但其存在供体来源缺乏、造成供体 挡周围结缔组织的侵入。避免形成神经瘤等。1909年 部位二次损伤或导致供体部位神经感觉功能丧失等缺 Wrede『8】首次报道在临床上利用静脉作为神经导管修复 点;异体神经移植供体来源较广泛,但具有较强的免疫 27岁患者周围神经7.0 cm的缺损。随后,大量临床研究 排斥反应【3卅。随着组织工程学这一交叉学科的迅速发 结果表明,当神经缺损小于3.0 cm时静脉导管的修复 展,人们开始利用组织学和工程学原理及方法制备神经 效果较好。但静脉导管的管壁较薄,在修复长距离的神 导管代替自体神经进行神经移植,以达到周围神经缺损 经缺损时容易发生管壁塌陷。导致营养物质或活性物质 的修复及功能重建的目的圈。理想的神经导管应具有以 的缺失。 下特征[61:(1)具有良好的生物相容性和生物降解性,对 1.1.3羊膜羊膜是一种天然高分子活性材料,含糖蛋 细胞及周围组织均无不良反应;(2)具有良好的通透性, 白、蛋白多糖及胶原等多种活性成分,能表达多种生长 允许营养物质进入导管内部以保证细胞的增殖和生 因子及其mRNA相关蛋白,为细胞的增殖及分化提供 长,同时,可及时排出代谢产物;(3)具有良好的力学性 营养成分,有利于细胞的繁殖。张琪等[9】利用羊膜及神 能和特定的三维空间.能模拟人体细胞外基质(extra. 经膜细胞构建复合型羊膜管桥接SD大鼠2.5 cm的坐 cellularmatrix,ECM)的形态和功能作用。现将周围神经 骨神经缺损,结果表明.该复合型羊膜管能为轴突再生 导管的研究综述如下。 提供营养成分,且能引导轴突再生;羊膜管本身具有较 1神经导管材料 t 好的生物降解性,能被完全降解、吸收。羊膜管主要通过 1.1生物型材料生物型材料是指直接来源于生物体 自身携带的生物活性因子,如神经生长因子(neural growth 的天然活性材料,如静脉、肌肉、血管和膜管等。生物型 factor,NGF)等引导轴突的再生。但羊膜管的制备和保 材料经过去抗原、去细胞等处理后具有良好的生物相容 存具有一定难度。同时,羊膜管在临床上应用存在一定 性,能避免免疫排斥反应的发生;其含有基底膜结构,能 的道德及伦理问题。 为细胞的迁入提供有利环境;含有层黏连蛋白、纤维连 1.2非生物降解型材料硅胶是最早用于修复周围神 接蛋白及胶原等成分,能促进轴突的再生,同时,具有 经缺损的非生物降解型材料之一【101。硅胶管具有较好的 支撑作用。但生物型材料存在缺血后管壁塌陷、再生不 塑形性,能形成不同的形状,且具有不容易塌陷等优点, 良、吸收瘢痕组织、增生及粘连等问题。 但硅胶管是一种生物惰性材料,不能被生物降解、吸收, 1.1.1肌肉去细胞肌神经管具有较好的理化性能和 在体内长期存在容易产生异物反应、慢性神经压迫及炎 生物学性能,能支持和引导神经膜细胞的生长和再生 性刺激等并发症,需二次手术取出,因此,不适合于临床 轴突的延伸。且该肌神经管中含有层黏连蛋白、纤维连 应用。此外,聚四氟乙烯管、脱钙骨管、聚氨酯管等非生 接蛋白和胶原等活性成分,能提高神经纤维对活性因 物降解材料也被用于神经组织工程的研究。这些非生物 子的作用。Keilhoff等f7】研究表明,利用去细胞肌神经管 降解型材料制成的人工导管虽然能为神经的再生起到 联合骨髓间质干细胞作为神经导管修复大鼠坐骨神经 临时通道的作用,引导轴突的延伸及生长,但由于其均 缺损,在一定程度上能促进缺损神经的再生修复。但肌 为生物惰性材料,不能在体内被生物降解及吸收,长期贮 神经管在桥接神经缺损的过程中容易形成神经瘤等危 存体内会对神经产生卡压现象,必须再次手术取出,对 基金项目:湖北省教育厅科学技术研究计划优秀中青年人才项目(Q2Ol12601);襄阳市研究与开发计划项目(20270268020)。 作者简介:罗丽花(1981一),女,湖北大冶人,讲师,主要从事生物医学工程的研究;E—mail:luolihua81@126.corn。 

现代医药卫生2015年2月28日 第31卷第4期JModMedHealth,February 28,2015,Vo1.31,No.4 机体造成二次损伤。因此,选择制备神经导管的材料越 来越趋向于具有较好生物相容性和生物降解性的生物 降解型材料。 植组接近,说明丝素蛋白是一种具有较大潜能的神经导 管支架材料。 2神经再生微环境 1.3生物降解型材料利用生物降解型材料制备的神 人工神经导管的主要功能是为受损神经的再生提 供所需的微环境,即在导管内部加入种子细胞或神经营 养因子(neurotophic factors,NTFs),使人工神经导管活 经导管可为神经再生提供支撑和引导作用,当神经导管 完成其“历史使命”后能在体内被生物降解、吸收并最 终排出体外,避免对再生神经产生压迫现象及二次手术 性化.能提高神经损伤修复的效果及神经损伤修复的长 取出等困扰,减轻了患者的痛苦,是一种更具应用前景 的神经导管支架材料。目前,常用于神经组织工程的生 物降解型材料有以下几种。 1.3.1 高分子人工合成材料 目前,用于神经组织工程 的高分子合成材料主要有壳聚糖、聚己内酯(polycapro— lactone,PCL)、聚乳酸、聚羟基乙酸及其共聚物『11 卅等。 Beigi等 51利用PCL与胶原混合电纺制备具有多孔网络 结构的纳米纤维神经导管,联合干细胞培养制成活性生 物导管用于修复大鼠坐骨神经1.0 cm的缺损,结果表 明,该纳米神经导管能促进和引导轴突再生。Gu等[ 61利用 壳聚糖、丝素蛋白及神经膜细胞构建生物活性神经导 管,用于修复大鼠坐骨神经缺损,通过电生理及形态学 实验结果表明,经神经膜细胞修饰的壳聚糖/丝素蛋白 神经导管修复神经缺损效果明显高于单纯壳聚糖/丝素 蛋白神经导管,该活性导管有望成为一种新的神经组织 工程导管材料。 1.3.2胶原胶原是动物体内结缔组织的主要组成成 分,具有良好的生物相容性和生物降解性。胶原纤维主 要由胶原蛋白构成。可分为I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、V型胶原5 种类型。Tyner等 利用胶原制备成内径为1.5 mm、长度 为1.0 em的神经导管,用于修复大鼠坐骨神经损伤。结 果表明,这种神经导管不但能促进再生神经纤维沿着管 腔呈线性延伸,而且还能阻止外源组织的侵入,避免了 神经瘤的形成。Stang等[馋】研究表明,由I、Ⅲ型胶原构 成的多孔结构神经导管修复大鼠2.0 cm的神经缺损, 具有促进神经再生的作用。为进一步提高胶原的力学 性能和控制胶原的降解速度,常采用甲醛、戊二醛等交 联剂使之化学交联,Chen等【l9]利用戊二醛作为交联剂 交联胶原,使其具有较好的机械性能和表面结构。适合 神经膜细胞在其表面黏附、增殖及生长。但利用化学交 联剂交联所形成的胶原制品在降解过程中会释放毒性 物质,而使用紫外线辐射或微波辐射等物理交联法所产 生的交联胶原在降解过程中则不会释放毒性物质。 1.3.3丝素蛋白 丝素蛋白是一种来源于蚕丝的核心 蛋白质,具有良好的生物相容性和较好的力学性能,且 具有生物降解性,降解产物主要为游离氨基酸,其本身 及其降解产物均对组织、细胞无毒性作用.近年来,被广 泛应用于组织工程学各个方面的研究[2o-21】。Yang等[ 以 丝素蛋白为原料制备神经导管,桥接大鼠坐骨神经1.0 cm 的缺损。结果显示,其促神经再生的功能与自体神经移 度。SeckeF23]研究表明,雪旺氏细胞、ECM及NTFs是周 围神经再生微环境的三大要素,理想的神经导管由这三 大要素有机地结合在一起,共同发挥作用。 2.1 神经膜细胞 神经膜细胞是周围神经系统特有 的一种神经胶质细胞,在周围神经的损伤修复过程中起 着重要作用。周围神经损伤后神经膜细胞发生一系列形 态学改变:(1)轴突远端发生Wallerian变性,雪旺细胞 分裂、增殖形成Bungner带,为再生轴突提供临时的生 长通道作用;(2)增生的神经膜细胞表达、分泌多种生 物活性物质,如NGF和脑源性神经营养因子(brain de. rived neurotrophic factor,BDNF)等,引导轴突的再生:(3) 神经膜细胞表面表达多种细胞黏附分子和膜受体,促 进和引导轴突的再生;(4)神经膜细胞包绕再生轴突,形 成神经纤维,促进再生轴突的成熟。因此,在人工神经导 管内部加入神经膜细胞,能提高神经导管的生物学活性, 有利于神经的再生和功能的恢复 。 2.2 ECM ECM是由细胞分泌的一些物质沉积在细胞 外空间,以不变形或基膜形式存在。ECM主要包括胶 原、层黏连蛋白和糖胺聚糖等,能为雪旺氏细胞的分裂、 增殖提供支架作用,且能为轴突的再生和雪旺氏细胞的 迁移提供引导作用。Chen等 ]在硅胶管内填充了胶原、 纤维连接蛋白和层黏连蛋白组成的凝胶样混合物,用于 修复大鼠坐骨神经缺损。结果显示,术后6周导管内凝 胶样物质完全降解吸收,实验组有90%再生神经通过缺 损区,而对照组仅有6O%再生神经通过缺损区。组织 学观察发现,有髓轴突的成熟度及数量均提高了28%, 说明胶原、纤维连接蛋白和层黏连蛋白组成的凝胶样混 合物为周围神经的再生提供了理想的再生微环境。 2.3 NTFs NTFs是一类具有生物学效应的多肽分子, 在神经的损伤修复过程中具有维持神经元活性及促进 神经再生等作用。NTFs主要包括神经生长因子家族 fNGF、BDNF、神经营养因子(neurotrophins,NT)一3、NT。4/5] 及非神经生长因子家族(睫状神经营养因子、胰岛素样 生长因子、胶质细胞源神经营养因子、神经膜细胞源神 经营养因子)等,在神经的再生和修复过程中具有重要 作用[261。但由于NTFs半衰期均很短,在水溶液中活性丢 失快,且易受温度及酸碱度等多种因素的影响,在导管 内发挥生物活性作用的时间非常有限,因此,如何控 制NTFs在导管内的缓慢释放在神经再生过程中具有 至关重要的作用。 

现代医药卫生2015ff-2 ̄q 28日 第31卷第4期JModMedHealth,February 28,2015,Vo1.31,No.4 ・525・ 3展 望 [11】Wmbel S,SerraSC,Ribeiro—SamyS,et a1.In vitro evaluation of cell—seeded chitosan films for peripheral nerve tissue engineeringfJ】.Tissue Eng Part A,2014,20(17/18):2339—2349. 神经导管在未来的发展过程中,生物降解型材料 因其具有较好的生物相容性和生物降解性等特性。在 构建人工神经导管的过程中具有明显的优势。但单一 的生物降解型神经导管修复周围神经缺损的效果欠 [12】Sudwilai T,Ng JJ,Boonkrai C,et a1.Polypyrrole—coated eleetrospun poly (1actic acid)fibrous scaffold:effects of coating on electircal conductivity and neurl acell growth[J].JBiomaterSciPolymEd,2014,25(12):1240— 1252. 佳,多种物质复合使用或在导管内加人生物活性物质 构建复合型神经导管,能有效促进和引导神经再生。明 显提高神经导管修复周围神经缺损的效果。利用生物 降解型材料与种子细胞及NTFs相结合,构建一个由可 生物降解高分子材料为导管基质,雪旺氏细胞为种子细 【13]Kuo YC,Chung CY.TATVHL peptide—grafted lgianate/poly( 一glutamic acid)scaffolds with inverted colloidal crystl atopology or fneuronal differ- entiation ofiPS cells[J].Biomaterils,2012,33:8955—a8966. 【14]NiuY,ChenKC,HeT,et a1.Scaffoldsfromblock polyurethanesbased on poly(£一caprolactone)(PCL)and poly(ethylene glyco1)(PEG)for peri— 胞,以及携载了NTFs或NGF的复合型神经导管,是今 后神经组织工程中神经导管构建的主要方向。在这种复 合型神经导管中,由神经膜细胞和可降解神经导管构成 的三维空间为受损神经创造一个既有桥接诱导作用.又 为轴突生长提供获取营养、气体交换、排泄废物和生长 代谢的微环境;携载的NGF或NTFs又能进一步促进 神经的再生。因此,构建由可降解生物材料、神经膜细 胞和NTFs组成的复合型神经导管已成为神经组织工 程发展的重要研究方向。 参考文献 [1]JiaH,WangY,TongXJ,et a1.Biocompatibility ofacellularnerves ofdif- ferent mammalian species for nerve tissue engineering[J】_Artif CeUs Blood Substit Immobil Biotechnol,2011,39(6):366—375. 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