（材料学专业论文）用于神经修复的复合材料及其降解性能的研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 论文研究了采用溶剂挥发法制备的用于修复周围神经损伤的聚乳酸复合 膜。选用外消旋聚乳酸( p d l l a ) 作为基体材料，分别通过物理共混( 添加一 定比例的壳聚糖和钙磷无机盐粉末及神经生长因子n g f ) 和表面截留改性的方 法制备出具有良好降解性能和细胞亲和性的复合膜。 通过对复合膜制备工艺、成膜性能影响因素的研究，纯聚乳酸分别与不同 含量壳聚糖( c h s ) 、1 3 - 磷酸三钙( d t c p ) 组成复合膜进行体外降解实验，测定 降解介质的p h 值变化、复合膜质量变化，考虑降解速率与神经再生速度的匹配， 优化复合材料的组成成分和比例，得出：在2 0 、4 0 湿度下，聚乳酸分子量 范围为：1 0 x 1 0 4 4 0 1 0 4 ，以乙酸乙酯为溶剂配制1 0 的聚乳酸溶液，采用溶剂 挥发法、超声波分散粒径 6 3 p m ，含量为3 0 的c h s ( 5 8 万) 1 9 术和5 的1 3 - t c p 粉末，可以制备出性能良好的复合膜。 对复合膜进行体内外降解实验，测定降解过程中降解介质p h 值的变化、复 合膜的质量损耗率、聚乳酸分子量的变化，对降解产物进行x r d 表征，观察复 合膜的大体形貌及微观结构的变化。结果表明：聚乳酸降解过程中无结晶型低 聚物产生，测定聚乳酸重均分子量中出现的双峰结构及体内降解3 个月后p d l l a 膜呈现的中空透明状都说明本实验中聚乳酸的降解是不均匀水解。由于膜材很 薄，酸自催化效应较小，因此其降解产生的酸性不明显。一定比例b t c p 芹u c h s 粉术的加入，可以适当增强膜材的强度，中和聚乳酸降解产物的酸性，有效调 节降解介质的p h 值使其维持在中性。b t c p 、c h s 粉末在体外弱酸性环境下，刊。 被促进溶解或发生酸水解。而在动物体内由于酶解和细胞的参与，b t c p 、c h s 粉末可以更快的降解、代谢。因此，复合材料的动物体内降解要比体外模拟体 液中的降解要快。另外，神经生长因子n g f 的加入对材料降解过程中p h 值的变 化及复合膜的质量损耗率均有一定影响。复合膜的亲疏水性评价表明：添加了 神经生长因子n g f s u c h s 、 3 - t c p 粉末的复合膜的亲水性均有大的改善。 p d l l a n g f 复合膜修复缺损神经的动物实验采用大鼠坐骨神经缺损模型， 分别用自体神经移植和自体神经移植并局部放黄p d l l a n g f 复合膜修复缺损 神经，于术后6 个月观察神经再生情况。结果显示：在神经缺损的局部放置含 武汉理 j 大学硕十学位论文 神经生长因子( n g f ) 的膜状材料也可以促进神经再生。 i r ，x p s ，a f m ，接触角实验和体外降解实验的分析结果均表明，壳聚糖、海藻 酸钠可以通过表面截留的方法分别固定在p d l l a 材料表面，使p d l l a 的亲水 性、细胞亲和性得到极大的改善，降解性能也可以得到适当的调节。 关键词：聚乳酸，壳聚糖，p - 磷酸三钙，溶剂挥发法，体内外降解性能 亲水性，周围神经再生 i i 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t ak i n do fp o l y ( d ，1 - l a c t i ca c i d ) c o m p o s i t em e m b r a n ew h i c hw a sp r e p a r e db y s o l v e n tv o l a t i l i z a t i o nm e t h o dw a si n v e s t i g a t e dt or e p a i rp e r i p h e r a ln e r v ed e f e c t p o l y ( d ，l - l a c t i ca c i d ) w a ss e l e c t e da st h em a t r i x ，p h y s i c a lm i x ( i n c o r p o r a t i n g 谢t hc h i t o s a n ， 1 3 - t r i c a l c i u mp h o s p h a t e ( p t c p ) p o w d e ra n dn e r v eg r o w t hf a c t o r ( n g f ) ) a n ds u r f a c e e n t r a p m e n tm e t h o d sw e r ea d o p t e dr e s p e c t i v e l yt op r e p a r ec o m p o s i t em e m b r a n e s w h i c hh a v eg o o dd e g r a d a t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n dc y t o c o m p a t i b i l i t y t os t u d yt h em o s ts u i t a b l ec o m p o s i t em e m b r a n ef o rr e p a i r i n gn e r v ed e f e c t ，t h e p r e p a r a t i o np r o c e s so ft h ec o m p o s i t em e m b r a n ea n df a c t o r si ni n f l u e n c em e m b r a n e p e r f o r m a n c ew e r es t u d i e d ；t h ep h v a l u eo fd e g r a d a t i o nm e d i u m ，w e i g h tl o s so fp u r e p d l l aa n di t sc o m p o s i t em e m b r a n ew i t hc h sa n dp t c pw e r eo b s e r v e dd u r i n gt h e d e g r a d a t i o ni nv i t r o i nv i e wo ft h ed e g r a d a t i o ns p e e do ft h ec o m p o s i t em e m b r a n e m a t c h i n gt h en e r v er e s t o r i n gs p e e d ，w eo p t i m i z e dt h ec o m p o n e n ta n dp r o p o r t i o no f c o m p o s i t em e m b r a n ea n dh a d t h er e s u l t s ：w ec a np r e p a r ec o m p o s i t em e m b r a n ew i t h g o o dp e r f o r m a n c eb ys o l v e n tv o l a t i l i z a t i o nm e t h o da n dt h eu l t r a s o n i cd i s p e r s a l t e c h n i q u eu n d e r2 0 。ca n d4 0 h u m i d i t y t h er a n g eo fm o l e c u l a rw e i g h to fp d l l a w a ss e l e c t e da s1 0 x 1 0 4 4 0 x 1 0 4 u s i n ge t h y la c e t a t ea ss o l v e n tt oc o n f e c tp d l l a s o l u t i o nw i t l l10 c o n c e n t r a t i o n a d d i n gc h sa n d1 3 - t c pp o w d e rw h i c ht h eg r a i n s i z el e s st h a n6 3 9 m c o n t e n tr a t i ow a sf i x e dr e s p e c t i v e l ya t3 0 a n d5 t h ep hv a l u eo fd e g r a d a t i o nm e d i u m ，w e i g h tl o s sr a t i oo fc o m p o s i t em e m b r a n e ， t h ev a r i a t i o no fm o l e c u l a rw e i g h to fp d l l aw e r ed e t e r m i n a t e dd u r i n gt h e d e g r a d a t i o ni nv i t r o w ea l s od i dt h ex r d f o rd e g r a d a t i o np r o d u c t sa n do b s e r v e dt h e v a r i a t i o no ft h em o r p h o l o g ya n dm i c r o s t m c t u r eo fc o m p o s i t em e m b r a n e t h er e s u l t s s h o w e dt h a t ：n oc r y s t a l l i z e do l i g o m e r sf o r m e dd u r i n gt h ed e g r a d a t i o no fp d l l a a b i m o d a ld i s t r i b u t i o nw h i c hw a so b t a i n e dd u r i n gt h ed e t e r m i n a t i o no fw e i g h ta v e r a g e m o l e c u l a rw e i g h to fp d l l aa n dh o l l o wm e m b r a n es t r u c t u r ew h i c hw a sa p p e a r e da t t h ed e g r a d a t i o no fp d l l ai n 3m o n t h si nv i v ob o t hs h o w e dt h a tt h em e c h a n i s mo f h y d r o l y t i cd e g r a d a t i o n o fp d l l ai sh e t e r o g e n e o u sd e g r a d a t i o n b e c a u s et h e m e m b r a n e sa r et h i n ，t h ea c i da u t o c a t a l y t i ce f f e c ti sn o tv e r yv i s i b l e t h ea c i d i t yw h i c h i i i 武汉理工大学硕士学位论文 p r o d u c e db yd e g r a d a t i o ni sa l s on o tv i s i b l e a d d i n ga p p r o p r i a t ec o n t e n to fc h sa n d 1 3 - t c pp o w d e rc a nr e i n f o r c et h es t r e n g t ho fm e m b r a n e ，n e u t r a l i z et h ea c i d i t yw h i c h p r o d u c e db yd e g r a d a t i o np r o d u c t s ，a v a i l a b l ya d j u s tt h ep hv a l u eo ft h ed e g r a d a t i o n m e d i u mt ok e e pa tn e u t e r t h e1 3 t c pa n dc h sp o w d e rc a l lb ep r o m o t e dt od i s s o l v e o ro c c u ra c i dh y d r o l y z eo n l ya tt h ew e a ka c i de n v i r o n m e n ti nv i t r o b u tw h e ni n a n i m a lv i v o ，b e c a u s eo ft h ee x i s t e n c eo fe n z y m a t i cd e g r a d a t i o na n df u n c t i o no fc e l l s ， t h ec h sa n d 3 - t c pp o w d e rc a r ld e g r a d a t ea n dm e t a b o l i z em o r eq u i c k l y s ot h e d e g r a d a t i o ni n a n i m a lv i v ow a so b v i o u sq u i c k e rt h a nt h ed e g r a d a t i o na tt h e s i m u l a t i o nb o d yf l u i di nv i t r o i na d d i t i o n ，i n c o r p o r a t i n gw i t hn g fh a dd e f i n i t e i n f l u e n c eo nt h ev a r i a t i o no fp hv a l u ea n dt h ew e i g h tl o s sr a t i oo fc o m p o s i t e m e m b r a n ed u r i n gt h ed e g r a d a t i o n h y d r o p h i l i c i t y h y d r o p h o b i c i t yd e t e r m i n a t i o n so f c o m p o s i t em e m b r a n es h o w e dt h a t ：a d d i n gn g f a n dc h s 、b - t c pp o w d e rb o t hc a n i m p r o v et h eh y d r o p h i l i c i t yo fc o m p o s i t em e m b r a n e t h ea n i m a l e x p e r i m e n tw a st or e p a i rn e r v ed e f e c tb yu s i n gp d l l a n g f c o m p o s i t em e m b r a n e w ea d o p t e d r a ts c i a t i cn e r v et r a n s a c t i o nm o d e lt ok e p tal o m m n e r v ed e f e c t ，t h e nt h e s ed e f e c t sw e r er e p a i r e db yu s i n gn e r v ea u t o g r a f l i n g 、n e r v e a u t o g r a f t i n ga n da tp a r tp l a c e dp d l l a n g fc o m p o s i t em e m b r a n e f u n c t i o nr e p a i ro f s c i a t i cn e r v er e g e n e r a t i o nw a se v a l u a t e da t6m o n t h st h er e s u l t ss h o w e dt h a ta tt h e n e r v ed e f e c tp a r tp l a c i n gt h ec o m p o s i t em e m b r a n ew h i c hc o n t a i n e dn g fa l s oc a n a c c e l e r a t et h en e r v er e g e n e r a t i o n ， t h ea n a l y s i so fi r , x p s ，a t o m i cf o r c em i c r o s c o p y ( a f m ) ，c o n t a c ta n g l e m e a s u r e m e n ta n dd e g r a d a t i o ne x p e r i m e n ti nv i t r oa l ls h o w e dt h a ti tc o u l do b t a i n s t a b l eh y d r o p h i l i cs u r f a c eo np d l l am a t r i xs e p a r a t e l yv i ac h i t o s a na n ds o d i u m a l g i n a t ee n t r a p m e n t t h ec y t o c o m p a t i b i l i t y w a si m p r o v e d a n dt h ed e g r a d a t i o n p e r f o r m a n c ec a nb ea p p r o p r i a t e l ya d j u s t e d k e yw o r d s ：p o l y ( d ，l - l a c t i ca c i d ) ，c h i t o s a n ，p - t r i c a l c i u mp h o s p h a t e ， s o l v e n tv o l a t i l i z a t i o nm e t h o d ，d e g r a d a t i o np e r f o r m a n c e i nv i t r oa n di nv i v o h y d r o p h i l i c i t y ，p e r i p h e r a ln e r v er e g e n e r a t i o n v 武汉理t 大学硕士学位论文 第一章绪论 周围神经损伤后的再生和功能恢复直是神经科学领域的热f 1 问题。自体 神经移植是最为经典的桥按修复神经缺损的方法但其并非最理想的方法。随 着神经修复技术的发展，特别是生物技术、生物化学、生物材料、组织工程学 等科学的介入，为神经修复提供了许多科学理论和技术。目前，用生物可降解 材料所构建的神经导管修复神经损伤是国内外众多学者研究较多的方法。 1 1周围神经结构及神经损伤 周围神经是出离开脑和脊髓的神经纤维在出结缔组织连接、包裹组成粗细 不等的神经束的基础上，再由结缔组织进一步包裹而形成的神经束的集合体。 图1 1 周围神经结构示意圈 f i g u r e l 1s t r u c t u r es c h e m a t i cd i a g r a mo f p e r i p h e r a ln e r v e 结缔组织成分由神经内膜、神经束膜外层与内层神经外膜组成，单个神经柬含 有不同的混合有髓与无髓纤维，但几个神经束的组合能代表一种类型。 a ：单束型b ：少束型c ：多束型d ：无明显柬组型 组成周围神经的神经柬有感觉神经束和运动神经柬之分，感觉神经束起感 受各种刺激且将其转变为神经兴奋和向中枢传导的作用；运动神经柬则起着支配 武汉理j 人学硕士学位论文 和调节肌肉收缩和腺体分泌的作用。 图1 2神经元模式图【1 】( a ：运动神经元b ：感觉神经元) f i g u r e l - 2s c h e m a t i cd i a g r a mo f n e r v ef i b e r 周围神经损伤是指某些因素造成神经断裂损伤或坏死，导致传入或传出途 径中断，传导不能继续，产生相应的受支配器官功能障碍的一种临床病症。神 经一旦受到损伤，受其支配的器官正常功能也会随之受到影响，且只有在神经 得到完全修复的情况下，器官的正常功能才能得到完全的恢复。 周围神经损伤后，远端神经发生瓦勒变性，近端轴突发出的轴芽在间充质 细胞的间隙向前滑行长到远端的b u n g n e r 带中并向靶器官生长形成突触连接，雪 旺细胞使轴突髓鞘化，完成神经再生的过程。神经再生有以下的特点：( 1 ) 具有再 生能力，断离后能咀约1 毫米天的速度从近端向远端生长；( 2 ) 没有穿透能力，神 经的再生一遇到障碍就会中止，生长锥就会转向。在体内，如果神经断开，往 往间质细胞会迅速占据断开的空间，阻碍近侧生长锥进入远侧段；( 3 ) 没有弹性， 断离的神经是不能人为地拉伸后连接的；( 4 ) 只有相同种类的神经束进行吻合修复 后，神经的功能才能得到恢复j 。 1 2 周围神经再生 1 2 1 神经再生机制神经趋化性、神经营养性和接触引导 1 8 9 8 年f o r s s m a n 发现再生轴突总是朝向远侧神经断端生长而不向其他组织 武汉理1 大学硕士学位论文 生长，他将这种远侧神经端对再生轴突的明显吸引作用称为神经趋化性。由于 受到神经生物学知识所限，这一学说并未得到重视。 w e i s s 和t a y l o r 是神经再生接触引导学说的倡导者和发展者。1 9 4 4 年w e i s s i 3 j 等提出了用无缝线导管化( s u t u r el e s st u b u l a t i o n ) 的方法修复神经损伤的概念。他 们否认存在神经趋化性，认为两神经断端存在间隙不利于再生轴突的生长，应 通过将损伤神经远、近端组织对合加以引导，利于两断端的雪旺细胞索直接接 触，再生轴突才能较顺利的长入远端神经内膜管内。这就是对断端神经采用直 接缝合，利用神经移植来治疗周围神经损伤的理论依据。在此基础上，7 0 年代 后期发展了人工神经移植技术( a r t i f i c i a ln e r v eg r a m ) 【3 】，即采用生物材料制备 神经导管( n e r v eg u i d a n c ec h a n n e l ，n g c ) ，并在导管内部腔中创建神经生长的 微环境，引导并促进神经再生。 直到7 0 年代，通过体外培养的方法发现神经突起会受神经生长因子( n g f ) 的神经趋化性作用影响，才重新重视和研究神经趋化性现象。2 0 世纪8 0 年代， l u n d b o r g 等”】通过y 型硅胶管试验证实周围神经再生确实存在神经趋化型，并 且还有组织特异性、神经柬特异性和功能特异性。b r u s h a r t 5 】报道了功能特异性 选择性再生的进一步研究结果选择性运动性神经再支配，认为神经趋化性 作用是引导再生神经轴突向远端神经生长，而不向其他组织再生，表现在组织 特异性的选择再生上；而运动神经选择性向远端运动神经再生并成熟是受神经 营养性的影响。 学者们强调周围神经再生时，神经远端在促进近端轴突生长方面起着重要 作用，不仅表现为接纳近端再生轴突的长入提供了一个机械通道有接触引导作 用，而且还合成、释放某些化学物质诱导、促进近端的轴突的生长与定向；神 经趋化性与神经营养性并不能截然分丌，如n g f 就同时兼有神经营养因子与神 经趋化因子的作用。 神经远端对神经近端再生轴突所发挥的神经营养及趋化性作用的有效距离 是有限的，大鼠体内神经两断端在相距5 1 0 m m 之内，选择性再生较明显，过 短过长神经营养及趋化作用均减弱，其作用机制尚不清楚。目前认为：神经远 端( 主要是雪旺细胞) 释放出一些神经营养及趋化因子( 如n g f ) ，其为可扩散 因子并向近断端弥散，在近、远断端间形成一个神经营养及趋化因子的浓度梯 度，从而完成诱导再生轴突向远断端生长，并与选择性定向有关。如近、远断 端距离过远，作用到近端的可扩散因子的浓度降低，势必影响趋化作用的发挥； 武汉理工火学硕十学位论文 相反，两断端距离太近，神经营养及趋化因子作用尚未发挥，近端再生轴突就 已长入远端神经内了。 综上所述，周围神经再生显然会受神经趋化性、神经营养性和接触引导三 者的影响，理想的神经损伤修复应该最大限度的发挥神经趋化性、神经营养性 和接触引导三者的作用。 1 2 2 神经再生过程 8 0 年代以来，l u n d b o r g 、v a r o n 6 7 1 等利用假性滑膜鞘管、硅胶管等桥接大鼠 坐骨神经1 0 r a m 的缺损，创立一种神经再生室( n e r v er e g e n e r a t i o nc h a m b e r ) 的 实验模型，观察神经再生过程( 图1 - 3 ) 。 图1 3 ：神经再生室内神经再生过程【8 】 f i g u r e l 一3n e r v er e g e n e r a t i o nc h a m b e rm o d e ls h o w i n g t h ep r o g r e s s i o no fe v e n t sd u r i n gp e r i p h e r a l n e r v er e g e n e r a t i o n 1 术后第一天为液体充盈期( f l u i d 口h a s e ) ，由神经远近断端分泌渗出的液体充 盈再生室，包括促进神经再生的水溶性因子和纤维基质。 2 术后第一周为基质桥形成期( m a t r i x p h a s e ) ，导管内液体中的非细胞成分的 基质前体逐渐融合，并形成一条纵轴支架，桥状连接远近端。基质支架中含有的 成分为大量无定型纤维蛋白聚合体，这种半固体性状的物质便于细胞移行，起 到桥梁和支架的作用。 3 术后第二周为细胞移行期( c e l l u l a r p h a s e ) ，源自远近端的细胞成分：成纤维 细胞、雪旺细胞、巨噬细胞等在富含基质的纤维中开始迁移，沿基质桥移行入 神经导管终至汇合。首先汇合的是束膜样细胞，形成束膜样鞘，随后便是雪旺 武汉理工大学硕士学位论文 细胞和内膜细胞的汇合。 4 术后第三周为轴突生长期( a x o n a lp h a s e ) ，由近端长出的再生轴索以每天 1 2 m m 的速度沿基质桥生长，髓鞘的形成大约滞后于轴索生长5 d 。大约第4 周 时，部分轴突到达断端，形成有髓神经束 9 1 。 神经再生的成功与否最终取决于延伸的轴突能否沿着b u n g n e r 带( w a l l e r i a n 变性到一定阶段后，新生的s c h w a n n 细胞有序地在基膜管内排列而形成的管状 结构) 进入合适的远端神经内膜管，从而连接准确的原靶器官，使功能褥到恢 复。 1 2 3 周围神经再生环境 l u n d b o r g 1 0 1 等指出：从生物学观点看，神经再生是一个相当复杂的过程，受到 局部甚至整体多种因素的影响。像正常周围神经的结构和功能需要一个稳定的 微环境来维持，周围神经再生过程中，再生轴突的生长、定向、成熟也受到各 种周围神经再生微环境局部因素的影响，其中有细胞、细胞外基质、弥散因子 等影响因素。细胞成分有雪旺细胞、成纤维细胞、肥大细胞、巨噬细胞等。细 胞外基质成分主要是构成雪旺细胞基底膜的基膜粘层蛋t ! t ( 1 a m i n i n ，l n ) 、i v 型 胶原、硫酸肝索蛋白多糖( h e s p g ) 、纤维粘连蛋( f i b r o n e c t i n ，f n ) 、内皮粘 连蛋白( e n t a t i n ) 、v 型胶原等。弥散因子主要是可溶性蛋白因子，现在研究较 清楚的有神经生长因子( n e r v eg r o w t hf a c t o r ，n g f ) 。 通过对周围神经和中枢神经损伤后再生的体内外实验分析，不难发现l ： 中枢神经元并非不能再生，而是可以再生，但再生不全，可能由于缺乏一种 适宜中枢神经元轴突再生的局部微环境。周围神经能够再生且能再生成功， 很大程度上在于有一个适宜的周围神经再生微环境。 s e c k e l l l 2 1 等的研究表明，雪旺细胞、基质膜及神经生长因子是周围神经再生 的三大要素，理想的神经桥接体内应由这三个因素有机地结合，共同发挥作用。 1 雪旺细胞 雪旺细胞( s c h w a n nc e l l ，s o ) 是周围神经系统特有的胶质细胞，由t h e o d o r s c h w a n n 于】9 3 9 年首先发现而命名。在周围神经系统中，它以2 种形式存在：包围 轴突并形成髓鞘，或包绕轴突但并不形成髓鞘。s c 在周围神经的发生、发育、形 态、功能维持方面起着重要作用，支持和保护轴突，维持轴突的良好微环境； 武汉理工大学硕士学位论文 形成髓鞘，对有髓纤维起绝缘作用，加速神经轴突的传导：对神经轴突有营养 代谢作用。在周围神经损伤、再生与修复中，s c 也起关键作用。在损伤神经远 端发生瓦勒变性后，s c 不但分裂、增殖，参与吞噬变性的轴突与髓鞘碎屑，并 形成b u n g n e r 带，引导再生轴突的生长；而且表达、分泌神经生长因子( n g f ) 等多种活性物质，诱导、刺激和调控着轴突的再生和髓鞘的形成，利于轴突成 熟和神经再支配。 2 基质成分 大量的事实证明损伤神经再生与细胞外基质关系密切。细胞外基质是细胞 分泌的一些物质沉积在细胞外空间，以不变形的或以基膜形式存在。不溶性的细 胞外基质分子包括层粘连蛋白( 1 a m i n i n ) 、纤维连接蛋白( f i b r o n e c t i n ) 署t l 胶原蛋白 ( c o l l a g e n ) 等。基底膜在周围神经再生中起重要作用。当神经损伤时，轴突和髓 鞘崩解溃变，其碎片被巨噬细胞吞噬，但其基底膜结构仍保持完整，这有助于 引导再生的轴突生长，为轴突再生提供支架作用。此外，基底膜的组成成分对 维持神经元存活、促进轴突生长和成熟均产生积极影响。 3 神经生长因子 神经生长因子( n e r v eg r o w t hf a c t o r , n g f ) 是最早被发现、兼有神经元营养 和促进突起生长双重生物学功能的一种细胞生长调节因子，它对中枢和周围神 经元的发育、分化、生长、再生和功能特性的表达均有重要调控作用。 1 3 周围神经损伤的修复方法 周围神经的损伤一般可分为断端间无缺损的损伤和断端间有缺损的损伤两 类。对于断端间无缺损的损伤主要是采用手术直接吻合的方法，但常常造成神经 束之间的重叠、扭曲、结缔组织增生等阻碍近端轴突再生和恢复的不良的神经 修复后果。断端间有缺损的周围神经损伤，由于断端神经胶质的增生和神经外围 结缔组织的增生会形成瘢痕组织，阻碍再生神经纤维的向前生长、使再生纤维达 不到原位而失去功能，为防止过多的结缔组织在两断端问生长而必须采用移植物 填充或进行桥接诱导再生修复的方法。周围神经损伤修复经历了自体神经移植、 同种异体神经移植、自体非神经组织移植、生物材料替代等阶段【1 引。 目前，自体神经移植是最为可靠和经典的桥接修复神经缺损的方法，但其 并非最理想的方法。首先，供体神经切取后，必然引起供区感觉障碍，且有可 6 武汉理t 大学硕士学位论文 能创伤性神经瘤，引起局部疼痛附加的神经切取术使手术时间延长，增加供 区疤痕，而且神经粗细的变异使切驭的神经未必适合与受区匹配，加之可供牺 牲利用的供体神经来源有限也大大限制了自体神经移植术的应用，况且周围神 经修复后的再生和功能恢复难以达到正常水平。对于，同种异体神经、异种神 经移植修复周围神经需要解决免疫排斥的问题。 另外，人们也尝试过用动脉、静脉、苹膜管、筋膜管、小肠、骨骼肌桥接 体等非神经组织移植体。其主要理论依据是它们都含有基底膜，其基底膜与雪 旺细胞的基底膜相似，为雪旺细胞迁入提供有利环境，而雪旺细胞的迁入是轴 突长入移植体的先决条件；同时基底膜中内含粘连蛋白( 1 a r n i n i n ，l n ) 、纤维连 接蛋白( f i b r o n e c t i o n ，f n ) 和胶原蛋白等，这些成分都能促进轴突生长。但这 些材料在缺血后存在管形塌陷、再生不良、吸收疤痕组织、增生及粘连等问题。 随着神经修复技术的发展，特别是生物技术、生物化学、生物材料、组织 工程学等科学的介入，为神经修复提供了许多科学理论和技术。 周围神经组织工程的基础是以雪旺细胞( s e h w a r mc e l l s ，s c ) 为核心，相 容性良好的生物可降解材料为支架。能维持雪旺细胞存活和神经再生微环境的 细胞外基质为复合剂、内外源性神经营养因子为诱导剂的有机整合。将这种细 胞一生物材料复合物植入机体组织、器官的病损部分，细胞在生物材料逐渐被 机体降解吸收的过程中形成新的形态和功能方面与相应器官、组织相一致的组 织，而达到修复创伤和重建功能的目的”3 i 。 周围神经组织工程中，用生物材料所构建的神经导管修复神经损伤早有报 道。所谓神经导管就是用生物或非生物的材料预制成管状，再将神经的远近断 端放入管内，两断端神经外膜与管壁各缝l 2 针固定l 】2 1 。随后神经轴突r p 可沿 着管腔从近端长入远端。与其它神经损伤修复方法相比，采用神经导管可以提 供神经再生的多种有利条件：在神经再生中暂时固定并支持损伤神经的两端； 引导神经元的轴突轴向生长。避免外生和形成神经瘤；为神经再生提供一个相 对隔绝的微环境，富集神经再生所需的神经营养因子，减少细胞入侵，防止疤 痕的形成。用生物可降解材料制成的导管可在体内降解，无需二次手术取出： 同时能避免使用非生物降解导管时可能出现的神经压迫等问题，因而受到越来 越多的关注。总的说来，生物支架在周围神经再生中的作用，主要是在损伤局 部人为构建一个利于神经纤维生长的微环境，利用周围神经本身具有的修复功 能对损伤进行修复。神经导管修复技术对神经再生的引导机理可能为接触引导 武汉理工大学硕十学位论文 ( c o n t a c tg u i d a n c e ) 。同时发现远端的存在对神经再生十分重要，远端分泌的一些 神经营养因子可以引导再生的轴突从近端向远端延伸。远端对神经再生具有趋 向性引导作用。 1 4 用于周围神经损伤修复的材料的基本要求 作为周围神经组织工程的支架材料，其基本要求包括：良好的生物相容 性：即支架材料及其降解产物对组织细胞无毒性和致突变作用，植入体内无抗 原性和致畸作用。良好的表面活性：即材料表面能使细胞良好的黏附和生长。 生物可降解吸收性：即材料在细胞生长、繁殖和组织再生过程中能逐渐降解 吸收。可塑性和适宜的力学性能：即易于加工成型，能够在体内外承受一定 的压力，并在定时限内保持其外形和结构的完整性【14 1 。 探索寻找更适宜制备连接神经断端导管材料的研究始终在进行中。已被用 于制备导管的材料包括来源于生物体的材料和人工合成材料两大类。来源于生 物体的材料包括血管、变性肌肉、脱钙骨、胶原、明胶等。使用人工合成材料 制备导管具有加工方便，可准确控制规格，性质重复性好的优点。除硅胶导管 已被广泛使用外，还有应用聚四氟乙烯、聚乙烯等材料的报导。随着研究的深 入，不仅要求导管材料具有良好的安全性、生物相容性，还希望能具备利于手 术、能促进神经生长等特性。用可生物降解材料制备的导管可在体内自行分解， 无需二次手术取出，能避免使用不可降解导管时可能出现的压迫神经等问题，因 而受到很多关注。常用的导管材料有聚乳酸( p l a ) 、壳聚糖、聚碳酸酯( p c a ) 、 聚羟基乙酸( p g a ) 、聚磷腈( p o l y p h o s p h a z e n e s ) 、胶原、聚氨酯u ( p o l y u r e t h a n e s ) 等 1 5 - 2 3 】。对于生物可降解型神经导管，导管材料的降解速率是另一个重要的可控因 数。合适的降解速率与神经再生的类型、位置及再生长度密切相关。在大鼠的 坐骨神经模型中，l o m m 间距的神经再生需要2 3 个月时间，所以要求神经导管应 保持支持作用3 个月之后才降解。同时材料的降解产物对神经再生的微环境不应 有很大影响。 除了导管的选材，导管的形态也对神经再生效果有重要影响。神经导管的 管径、壁厚都是影响神经再生的重要因素。对于由非生物降解材料制成的导管， 研究显示，管内径应是损伤神经直径的1 5 - - 1 7 倍，以避免压迫再生神经；同 时薄壁导管有更好的弹性，可以抑制断端神经瘤生成。而生物可降解材料制成 武汉理工大学硕十学位论文 的神经导管在神经再生的同时降解，因此管内径略大于损伤神经直径即可f 2 4 】。 s c h a k e r r e a d 等研究了p ( l a - - e p s i l o n c l ) 神经导管的尺寸对大鼠坐骨神经修复的 影响，由于导管在体内溶胀，厚壁导管对再生神经压迫较大，所以应在能提供 足够力学支撑情况下，采用尽可能薄的导管。神经导管的物理参数如表面性质( 光 滑或粗燥) 、材料亲疏水性等对再生神经形貌和功能的恢复也有很大影响，因而， 神经导管的优化设计是非常重要的一个步骤【2 ”。 1 5 国内外研究现状 目前，国内外对用于人工神经导管可生物降解吸收材料的研究主要为聚乳 酸( p l a ) 、壳聚糖( c h i t o s a n ) 、胶原( c o l l a g e n ) 、聚乙醇酸( p g a ) 、聚磷腈 ( p o l y p h o s p h a z e n e s ) 及它们的共聚物等l l5 。”j ，原因在于这些材料来源广泛，价格 便宜；可生物降解，对神经组织无毒害作用。另外，随着人们对周围神经再生的 细胞与分子机制的深入研究，人们逐渐认识到神经导管不仅仅是作为神经再生 的临时通道，更重要的是应具有促进轴突再生的生物学活性。目前关于周围神 经导管的研究热点是增强导管的生物活性，其主要方法是在神经导管内加入生 物活性物质，改善神经再生的微环境，提高轴突再生速度。具体方法包括( 1 ) 在神经导管内植入雪旺细胞，( 2 ) 导管内含有可缓慢释放的神经营养因予；( 3 ) 在导管内加入细胞外基质成份；( 4 ) 联合应用上述两种或两种以上的方法提高神 经导管的活性。 p d l l a 是目前周围神经组织工程应用最广泛的一种可降解材料，具有良好的 生物相容性。王身国等【2 6 】人用聚乳酸管进行了大鼠1 0 m m 缺损坐骨神经的桥接修 复黯果表明：聚乳酸管能够有效地桥接神经缺损，适时地降解和吸收，且对神经周 围组织无排异反应。同时它既有利于神经轴突的再生，又能减轻周围组织对神经 修复的影响，从而为神经缺损的修复提供较好的“微环境”，达到与用神经移植修复 相近的修复效果。陈明、夏仁云 2 7 】将自体经过培养的s c 和型胶原混合后均匀 种植在可降解的聚乳酸导管内构建生物人工神经，桥接鼠坐骨神经i o m m 缺损并 与自体神经移植作对照，结果其再生神经纤维数目、再生轴突恢复率、运动神经 传导速度等均与对照组相近。e v a n s 等【l6 研制了一种聚左旋乳酸导管，管内注入 雪旺细胞和胶原基质构建成移植物，桥接大鼠坐骨神经1 2 m m 缺损，显示了一定 的效果。但聚乳酸作为导管材料存在降解速率难控制，降解后酸性产物可引起细 9 武汉理工大学硕士学位论文 胞损伤和无菌性炎症，因此单一的聚乳酸材料不能很好的满足要求，往往需要复 合一些其他材料。 几丁质管及几丁糖管是目前研究比较多的可吸收性神经导管。匡勇等 2 8 】作 了几丁质及几丁糖与雪旺细胞相容性的实验研究。结果显示几丁质及几丁糖对 体外培养的雪旺细胞具有良好的生物相容性，几丁糖对雪旺细胞的相容性优于几 丁质。顾晓松等【2 刚用壳聚糖制成多孔的、便于物质交换和血管长入的导管，管 腔内放置有利于雪旺细胞和神经突起有序导向生长的聚乙醇酸支架，辅加能促 神经生长的物质( 神经再生素) ，构建成移植物，桥接狗坐骨神经3 0 r a m 缺损， 术后6 个月，神经功能恢复良好，各项形态和功能指标与自体神经移植组相近。 该材料目前存在的问题是脆性较高，当管壁较薄时易碎裂塌陷。如管壁制作过厚， 则会延长吸收时间，可能会对再生神经产生局部压迫作用。 为了让受损神经能与外界进行物质和信息交换，近年来高渗透的、多孔的 神经导管受到了重视。李青峰等 1 7 】研究了全通透性的( 孔径1 0 “m 以上) 、半通透 性的( 孔径l o p m 以下) 和无孔的3 种壳聚糖基导管，结果认为半通透性的为最佳。 究其原因，全通透性的导管因能允许包括淋巴组织、成纤维细胞等所有成分通 过，易引起炎性反应和局部纤维组织增生，不利于神经纤维的生长；而不通透 性导管因不允许任何营养物质进入管内，不利于与外界物质交换，使神经不能 获得良好的微环境；半通透性导管则克服了上述不足，能允许红细胞、氧气、 小分子营养物质通过，阻隔了不利成分进入导管中，其局部微环境利于神经的 再生。 另外，m r a f i u d d i n 等【3 0 】人用交联的胶原通过层层挥发法制备多层的胶原膜 管，其机械强度有很大的提高，显微分析表明其表面形貌有利于轴突的黏附和 增殖。t a s u on a k a m u r a 等【3 1 人制备了填有胶原海绵的p g a 管，并与自体移植对 于神经的修复进行了比较，发现：有髓鞘的轴突直径在p g a 一胶原管端明显粗于 自体移植端。y o n g 等【3 2 1 用聚羟基丁酸盐导管桥接兔腓总神经4 4 m m 缺损，术后 4 2 d ，再生神