周圍神經(jīng)導(dǎo)管研究與進(jìn)展

羅麗花綜述，周毅審校

（1.湖北文理學(xué)院醫(yī)學(xué)院，湖北襄陽441053；2.湖北文理學(xué)院附屬醫(yī)院/襄陽市中心醫(yī)院神經(jīng)外科，湖北襄陽441021）

·綜述與講座·

周圍神經(jīng)導(dǎo)管研究與進(jìn)展

羅麗花1綜述，周毅2審校

（1.湖北文理學(xué)院醫(yī)學(xué)院，湖北襄陽441053；2.湖北文理學(xué)院附屬醫(yī)院/襄陽市中心醫(yī)院神經(jīng)外科，湖北襄陽441021）

組織工程；周圍神經(jīng)/損傷；神經(jīng)導(dǎo)管；微環(huán)境

目前，周圍神經(jīng)損傷的修復(fù)是臨床上顯微重建外科的一大難題[1]。對于短距離的神經(jīng)缺損可采用端-端直接縫合的方法；而對于長距離的神經(jīng)缺損則需進(jìn)行神經(jīng)移植[2]。其中，自體神經(jīng)移植是臨床上用于修復(fù)周圍神經(jīng)缺損的“金標(biāo)準(zhǔn)”，但其存在供體來源缺乏、造成供體部位二次損傷或?qū)е鹿w部位神經(jīng)感覺功能喪失等缺點(diǎn)；異體神經(jīng)移植供體來源較廣泛，但具有較強(qiáng)的免疫排斥反應(yīng)[3-4]。隨著組織工程學(xué)這一交叉學(xué)科的迅速發(fā)展，人們開始利用組織學(xué)和工程學(xué)原理及方法制備神經(jīng)導(dǎo)管代替自體神經(jīng)進(jìn)行神經(jīng)移植，以達(dá)到周圍神經(jīng)缺損的修復(fù)及功能重建的目的[5]。理想的神經(jīng)導(dǎo)管應(yīng)具有以下特征[6]：（1）具有良好的生物相容性和生物降解性，對細(xì)胞及周圍組織均無不良反應(yīng)；（2）具有良好的通透性，允許營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入導(dǎo)管內(nèi)部以保證細(xì)胞的增殖和生長，同時(shí)，可及時(shí)排出代謝產(chǎn)物；（3）具有良好的力學(xué)性能和特定的三維空間，能模擬人體細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）的形態(tài)和功能作用。現(xiàn)將周圍神經(jīng)導(dǎo)管的研究綜述如下。

1 神經(jīng)導(dǎo)管材料

1.1 生物型材料生物型材料是指直接來源于生物體的天然活性材料，如靜脈、肌肉、血管和膜管等。生物型材料經(jīng)過去抗原、去細(xì)胞等處理后具有良好的生物相容性，能避免免疫排斥反應(yīng)的發(fā)生；其含有基底膜結(jié)構(gòu)，能為細(xì)胞的遷入提供有利環(huán)境；含有層黏連蛋白、纖維連接蛋白及膠原等成分，能促進(jìn)軸突的再生，同時(shí)，具有支撐作用。但生物型材料存在缺血后管壁塌陷、再生不良、吸收瘢痕組織、增生及粘連等問題。

1.1.1 肌肉去細(xì)胞肌神經(jīng)管具有較好的理化性能和生物學(xué)性能，能支持和引導(dǎo)神經(jīng)膜細(xì)胞的生長和再生軸突的延伸，且該肌神經(jīng)管中含有層黏連蛋白、纖維連接蛋白和膠原等活性成分，能提高神經(jīng)纖維對活性因子的作用。Keilhoff等[7]研究表明，利用去細(xì)胞肌神經(jīng)管聯(lián)合骨髓間質(zhì)干細(xì)胞作為神經(jīng)導(dǎo)管修復(fù)大鼠坐骨神經(jīng)缺損，在一定程度上能促進(jìn)缺損神經(jīng)的再生修復(fù)。但肌神經(jīng)管在橋接神經(jīng)缺損的過程中容易形成神經(jīng)瘤等危險(xiǎn)，且修復(fù)缺損神經(jīng)的長度有限。

1.1.2 靜脈采用靜脈導(dǎo)管修復(fù)周圍神經(jīng)缺損有以下特點(diǎn)：（1）操作簡單，取材方便；（2）不必重新加工，無免疫排斥反應(yīng)；（3）靜脈管壁允許營養(yǎng)物質(zhì)的擴(kuò)散，且能阻擋周圍結(jié)締組織的侵入，避免形成神經(jīng)瘤等。1909年Wrede[8]首次報(bào)道在臨床上利用靜脈作為神經(jīng)導(dǎo)管修復(fù)27歲患者周圍神經(jīng)7.0 cm的缺損。隨后，大量臨床研究結(jié)果表明，當(dāng)神經(jīng)缺損小于3.0 cm時(shí)靜脈導(dǎo)管的修復(fù)效果較好。但靜脈導(dǎo)管的管壁較薄，在修復(fù)長距離的神經(jīng)缺損時(shí)容易發(fā)生管壁塌陷，導(dǎo)致營養(yǎng)物質(zhì)或活性物質(zhì)的缺失。

1.1.3 羊膜羊膜是一種天然高分子活性材料，含糖蛋白、蛋白多糖及膠原等多種活性成分，能表達(dá)多種生長因子及其mRNA相關(guān)蛋白，為細(xì)胞的增殖及分化提供營養(yǎng)成分，有利于細(xì)胞的繁殖。張琪等[9]利用羊膜及神經(jīng)膜細(xì)胞構(gòu)建復(fù)合型羊膜管橋接SD大鼠2.5 cm的坐骨神經(jīng)缺損，結(jié)果表明，該復(fù)合型羊膜管能為軸突再生提供營養(yǎng)成分，且能引導(dǎo)軸突再生；羊膜管本身具有較好的生物降解性，能被完全降解、吸收。羊膜管主要通過自身攜帶的生物活性因子，如神經(jīng)生長因子（neuralgrowth factor，NGF）等引導(dǎo)軸突的再生。但羊膜管的制備和保存具有一定難度。同時(shí)，羊膜管在臨床上應(yīng)用存在一定的道德及倫理問題。

1.2 非生物降解型材料硅膠是最早用于修復(fù)周圍神經(jīng)缺損的非生物降解型材料之一[10]。硅膠管具有較好的塑形性，能形成不同的形狀，且具有不容易塌陷等優(yōu)點(diǎn)，但硅膠管是一種生物惰性材料，不能被生物降解、吸收，在體內(nèi)長期存在容易產(chǎn)生異物反應(yīng)、慢性神經(jīng)壓迫及炎性刺激等并發(fā)癥，需二次手術(shù)取出，因此，不適合于臨床應(yīng)用。此外，聚四氟乙烯管、脫鈣骨管、聚氨酯管等非生物降解材料也被用于神經(jīng)組織工程的研究。這些非生物降解型材料制成的人工導(dǎo)管雖然能為神經(jīng)的再生起到臨時(shí)通道的作用，引導(dǎo)軸突的延伸及生長，但由于其均為生物惰性材料，不能在體內(nèi)被生物降解及吸收，長期貯存體內(nèi)會(huì)對神經(jīng)產(chǎn)生卡壓現(xiàn)象，必須再次手術(shù)取出，對機(jī)體造成二次損傷。因此，選擇制備神經(jīng)導(dǎo)管的材料越來越趨向于具有較好生物相容性和生物降解性的生物降解型材料。

1.3 生物降解型材料利用生物降解型材料制備的神經(jīng)導(dǎo)管可為神經(jīng)再生提供支撐和引導(dǎo)作用，當(dāng)神經(jīng)導(dǎo)管完成其“歷史使命”后能在體內(nèi)被生物降解、吸收并最終排出體外，避免對再生神經(jīng)產(chǎn)生壓迫現(xiàn)象及二次手術(shù)取出等困擾，減輕了患者的痛苦，是一種更具應(yīng)用前景的神經(jīng)導(dǎo)管支架材料。目前，常用于神經(jīng)組織工程的生物降解型材料有以下幾種。

1.3.1 高分子人工合成材料目前，用于神經(jīng)組織工程的高分子合成材料主要有殼聚糖、聚己內(nèi)酯（polycaprolactone，PCL）、聚乳酸、聚羥基乙酸及其共聚物[11-14]等。Beigi等[15]利用PCL與膠原混合電紡制備具有多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的納米纖維神經(jīng)導(dǎo)管，聯(lián)合干細(xì)胞培養(yǎng)制成活性生物導(dǎo)管用于修復(fù)大鼠坐骨神經(jīng)1.0 cm的缺損，結(jié)果表明，該納米神經(jīng)導(dǎo)管能促進(jìn)和引導(dǎo)軸突再生。Gu等[16]利用殼聚糖、絲素蛋白及神經(jīng)膜細(xì)胞構(gòu)建生物活性神經(jīng)導(dǎo)管，用于修復(fù)大鼠坐骨神經(jīng)缺損，通過電生理及形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)神經(jīng)膜細(xì)胞修飾的殼聚糖/絲素蛋白神經(jīng)導(dǎo)管修復(fù)神經(jīng)缺損效果明顯高于單純殼聚糖/絲素蛋白神經(jīng)導(dǎo)管，該活性導(dǎo)管有望成為一種新的神經(jīng)組織工程導(dǎo)管材料。

1.3.2 膠原膠原是動(dòng)物體內(nèi)結(jié)締組織的主要組成成分，具有良好的生物相容性和生物降解性。膠原纖維主要由膠原蛋白構(gòu)成，可分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ型膠原5種類型。Tyner等[17]利用膠原制備成內(nèi)徑為1.5 mm、長度為1.0 cm的神經(jīng)導(dǎo)管，用于修復(fù)大鼠坐骨神經(jīng)損傷。結(jié)果表明，這種神經(jīng)導(dǎo)管不但能促進(jìn)再生神經(jīng)纖維沿著管腔呈線性延伸，而且還能阻止外源組織的侵入，避免了神經(jīng)瘤的形成。Stang等[18]研究表明，由Ⅰ、Ⅲ型膠原構(gòu)成的多孔結(jié)構(gòu)神經(jīng)導(dǎo)管修復(fù)大鼠2.0 cm的神經(jīng)缺損，具有促進(jìn)神經(jīng)再生的作用。為進(jìn)一步提高膠原的力學(xué)性能和控制膠原的降解速度，常采用甲醛、戊二醛等交聯(lián)劑使之化學(xué)交聯(lián)，Chen等[19]利用戊二醛作為交聯(lián)劑交聯(lián)膠原，使其具有較好的機(jī)械性能和表面結(jié)構(gòu)，適合神經(jīng)膜細(xì)胞在其表面黏附、增殖及生長。但利用化學(xué)交聯(lián)劑交聯(lián)所形成的膠原制品在降解過程中會(huì)釋放毒性物質(zhì)，而使用紫外線輻射或微波輻射等物理交聯(lián)法所產(chǎn)生的交聯(lián)膠原在降解過程中則不會(huì)釋放毒性物質(zhì)。

1.3.3 絲素蛋白絲素蛋白是一種來源于蠶絲的核心蛋白質(zhì)，具有良好的生物相容性和較好的力學(xué)性能，且具有生物降解性，降解產(chǎn)物主要為游離氨基酸，其本身及其降解產(chǎn)物均對組織、細(xì)胞無毒性作用，近年來，被廣泛應(yīng)用于組織工程學(xué)各個(gè)方面的研究[20-21]。Yang等[22]以絲素蛋白為原料制備神經(jīng)導(dǎo)管，橋接大鼠坐骨神經(jīng)1.0 cm的缺損。結(jié)果顯示，其促神經(jīng)再生的功能與自體神經(jīng)移植組接近，說明絲素蛋白是一種具有較大潛能的神經(jīng)導(dǎo)管支架材料。

2 神經(jīng)再生微環(huán)境

人工神經(jīng)導(dǎo)管的主要功能是為受損神經(jīng)的再生提供所需的微環(huán)境，即在導(dǎo)管內(nèi)部加入種子細(xì)胞或神經(jīng)營養(yǎng)因子（neurotophic factors，NTFs），使人工神經(jīng)導(dǎo)管活性化，能提高神經(jīng)損傷修復(fù)的效果及神經(jīng)損傷修復(fù)的長度。Seckel[23]研究表明，雪旺氏細(xì)胞、ECM及NTFs是周圍神經(jīng)再生微環(huán)境的三大要素，理想的神經(jīng)導(dǎo)管由這三大要素有機(jī)地結(jié)合在一起，共同發(fā)揮作用。

2.1 神經(jīng)膜細(xì)胞神經(jīng)膜細(xì)胞是周圍神經(jīng)系統(tǒng)特有的一種神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，在周圍神經(jīng)的損傷修復(fù)過程中起著重要作用。周圍神經(jīng)損傷后神經(jīng)膜細(xì)胞發(fā)生一系列形態(tài)學(xué)改變：（1）軸突遠(yuǎn)端發(fā)生Wallerian變性，雪旺細(xì)胞分裂、增殖形成Bungner帶，為再生軸突提供臨時(shí)的生長通道作用；（2）增生的神經(jīng)膜細(xì)胞表達(dá)、分泌多種生物活性物質(zhì)，如NGF和腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）等，引導(dǎo)軸突的再生；（3）神經(jīng)膜細(xì)胞表面表達(dá)多種細(xì)胞黏附分子和膜受體，促進(jìn)和引導(dǎo)軸突的再生；（4）神經(jīng)膜細(xì)胞包繞再生軸突，形成神經(jīng)纖維，促進(jìn)再生軸突的成熟。因此，在人工神經(jīng)導(dǎo)管內(nèi)部加入神經(jīng)膜細(xì)胞，能提高神經(jīng)導(dǎo)管的生物學(xué)活性，有利于神經(jīng)的再生和功能的恢復(fù)[24]。

2.2 ECMECM是由細(xì)胞分泌的一些物質(zhì)沉積在細(xì)胞外空間，以不變形或基膜形式存在。ECM主要包括膠原、層黏連蛋白和糖胺聚糖等，能為雪旺氏細(xì)胞的分裂、增殖提供支架作用，且能為軸突的再生和雪旺氏細(xì)胞的遷移提供引導(dǎo)作用。Chen等[25]在硅膠管內(nèi)填充了膠原、纖維連接蛋白和層黏連蛋白組成的凝膠樣混合物，用于修復(fù)大鼠坐骨神經(jīng)缺損。結(jié)果顯示，術(shù)后6周導(dǎo)管內(nèi)凝膠樣物質(zhì)完全降解吸收，實(shí)驗(yàn)組有90%再生神經(jīng)通過缺損區(qū)，而對照組僅有60%再生神經(jīng)通過缺損區(qū)。組織學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)，有髓軸突的成熟度及數(shù)量均提高了28%，說明膠原、纖維連接蛋白和層黏連蛋白組成的凝膠樣混合物為周圍神經(jīng)的再生提供了理想的再生微環(huán)境。

2.3 NTFsNTFs是一類具有生物學(xué)效應(yīng)的多肽分子，在神經(jīng)的損傷修復(fù)過程中具有維持神經(jīng)元活性及促進(jìn)神經(jīng)再生等作用。NTFs主要包括神經(jīng)生長因子家族[NGF、BDNF、神經(jīng)營養(yǎng)因子（neurotrophins，NT）-3、NT-4/5]及非神經(jīng)生長因子家族（睫狀神經(jīng)營養(yǎng)因子、胰島素樣生長因子、膠質(zhì)細(xì)胞源神經(jīng)營養(yǎng)因子、神經(jīng)膜細(xì)胞源神經(jīng)營養(yǎng)因子）等，在神經(jīng)的再生和修復(fù)過程中具有重要作用[26]。但由于NTFs半衰期均很短，在水溶液中活性丟失快，且易受溫度及酸堿度等多種因素的影響，在導(dǎo)管內(nèi)發(fā)揮生物活性作用的時(shí)間非常有限，因此，如何控制NTFs在導(dǎo)管內(nèi)的緩慢釋放在神經(jīng)再生過程中具有至關(guān)重要的作用。

3 展望

神經(jīng)導(dǎo)管在未來的發(fā)展過程中，生物降解型材料因其具有較好的生物相容性和生物降解性等特性，在構(gòu)建人工神經(jīng)導(dǎo)管的過程中具有明顯的優(yōu)勢。但單一的生物降解型神經(jīng)導(dǎo)管修復(fù)周圍神經(jīng)缺損的效果欠佳，多種物質(zhì)復(fù)合使用或在導(dǎo)管內(nèi)加入生物活性物質(zhì)構(gòu)建復(fù)合型神經(jīng)導(dǎo)管，能有效促進(jìn)和引導(dǎo)神經(jīng)再生，明顯提高神經(jīng)導(dǎo)管修復(fù)周圍神經(jīng)缺損的效果。利用生物降解型材料與種子細(xì)胞及NTFs相結(jié)合，構(gòu)建一個(gè)由可生物降解高分子材料為導(dǎo)管基質(zhì)，雪旺氏細(xì)胞為種子細(xì)胞，以及攜載了NTFs或NGF的復(fù)合型神經(jīng)導(dǎo)管，是今后神經(jīng)組織工程中神經(jīng)導(dǎo)管構(gòu)建的主要方向。在這種復(fù)合型神經(jīng)導(dǎo)管中，由神經(jīng)膜細(xì)胞和可降解神經(jīng)導(dǎo)管構(gòu)成的三維空間為受損神經(jīng)創(chuàng)造一個(gè)既有橋接誘導(dǎo)作用，又為軸突生長提供獲取營養(yǎng)、氣體交換、排泄廢物和生長代謝的微環(huán)境；攜載的NGF或NTFs又能進(jìn)一步促進(jìn)神經(jīng)的再生。因此，構(gòu)建由可降解生物材料、神經(jīng)膜細(xì)胞和NTFs組成的復(fù)合型神經(jīng)導(dǎo)管已成為神經(jīng)組織工程發(fā)展的重要研究方向。

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湖北省教育廳科學(xué)技術(shù)研究計(jì)劃優(yōu)秀中青年人才項(xiàng)目（Q20112601）；襄陽市研究與開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（20270268020）。

羅麗花（1981-），女，湖北大冶人，講師，主要從事生物醫(yī)學(xué)工程的研究；E-mail：luolihua81@126.com。