模擬坐骨神經損傷以聚乳酸-羥基乙酸管移植修復后蠕變特性的分析

李正偉，常笑語，李新穎，張廣△

(1.吉林大學第二醫(yī)院，長春 130026；2.吉林大學白求恩醫(yī)學部臨床醫(yī)學院，長春 130026；3.吉林大學中日聯(lián)誼醫(yī)院，長春 130031)

1 引 言

周圍神經損傷傳統(tǒng)的修復方法是采用自體神經移植修復周圍神經缺損，但自體神經來源有限，而且存在供體部位神經功能缺失及可能發(fā)生痛性神經瘤等后遺癥，異體神經移植由于存在難以消除的宿主免疫排斥反應，限制了其使用[1]。近年來， 隨著材料科學以及生物學技術的進展，生物可降解吸收材料在組織工程制備技術中起著十分重要的作用[2]。聚乳酸-羥基乙酸(Polyglyeolie lactieaeid, PLGA)具有較好的生物相容性、降解性能，可作為組織工程支架材料[3-7]。.張志杰等[8]研究了PLGA對zein納米纖維膜形貌和力學性能，采用靜電紡絲法加工zein/PLGA納米纖維。以掃描電鏡觀察其形貌結構，以萬能材料試驗機進行力學性能實驗。研究發(fā)現(xiàn)，隨著PLGA含量的增加，纖維的直徑增大；纖維膜的力學性能有了顯著提高。李雙燕等[9]制備PLGA 管狀支架?？疾觳煌に嘝LGA 管狀支架形貌結構、微細結構和生物力學性能，發(fā)現(xiàn)直徑為(1 660±218) nm，孔隙率為80.6 %的PLGA管狀支架；經乙醇處理后，其孔隙率減小，玻璃化溫度和熱分解溫度提高，熱穩(wěn)定性增強；斷裂強度、爆破強度及縫合強力均顯著提高。龐 迪等[10]研究了不同的體內環(huán)境對材料早期降解行為的影響, 將自制左旋聚乳酸( PLLA) 、聚乳酸羥基乙酸共聚物( PLGA) 內固定棒植入新西蘭大白兔關節(jié)腔髕上囊和股骨髁松質骨內。經過16 周體內降解后,取出植入材料, 考察分子量、剪切強度、, 都保持了足夠高的剪切強度。Schakenraad等[35]以聚乳酸和聚羥基乙酸的共聚物為材質的管壁厚度不同的導管移植修復大鼠坐骨神經損傷，發(fā)現(xiàn)在神經修復過程中，由于神經導管在體內溶解膨脹，較厚的管壁對再生神經產生的壓迫更為明顯, 提示，在能滿足力學支撐前提下，應采用盡可能薄的導管。趙莉等[37]制備了3 種支架,并對其力學性能進行了考察。結果表明: PLGA 支架的拉伸強度隨著PLA比例的增加而增加。以往坐骨神經的力學特性的研究多以體外人尸體和動物坐骨神經拉伸實驗居多，PLGA材料研究以生物學特性，生物相容性、免疫學等居多。模擬坐骨神經損傷以自體神經吻接和以PLGA導管吻接后的蠕變特性對比分析鮮見報道。鑒于此，我們實驗復制坐骨神經損傷模型，對比分析坐骨神經損傷模型以自體神經吻接與以PLGA導管移植后的應力松弛特性。為臨床提供生物力學基礎。

2 材料和方法

2.1 材料

坐骨神經標本取自正常新鮮中國成年男性尸體3具，年齡21～28歲，由吉林大學醫(yī)學部解剖教研室提供。人死亡后48 h內解剖尸體，取出雙側坐骨神經腰段標本共12條，保存于4℃生理鹽水環(huán)境。

2.2 方法

2.2.1PLGA管的制備方法 將PLGA(聚乳酸：羥基乙酸=70∶30)(長春圣博瑪生物材料有限公司)用三氯甲烷配制成10%溶液，注射器注入預制模具中，室溫下三氯甲烷自然揮發(fā)48 h, 期間適時脫模，制作成長10 mm、外徑12 mm、內徑9.5 mm 的導管25個，干燥機內真空( 20L/h; -0.1MPa) 抽提溶劑24 h，于真空干燥機內保存?zhèn)溆谩?/p>

2.2.2坐骨神經損傷模型的制備方法 標本取出24 h內，以手術刀切取試樣，切取長25 mm的試樣30個，隨機取10個為坐骨神經損傷模型以自體神經移植組，隨機取10個為坐骨神經損傷模型以PLGA導管移植組。對以自體神經吻接組和以PLGA管移植組的坐骨神經試樣在坐骨神經試樣中間切斷，形成一個10 mm缺損，以青島耐克醫(yī)材有限公司生產的7～0號尼龍線分別以自體神經和以PLGA管以外膜縫合法縫合離斷試樣。對每個試樣均在相同的部位縫合8針，對不符合要求的試樣予以剔出。

2.2.3蠕變實驗方法 實驗設備為日本島津電子萬能試驗機，試驗機具有控制應力和應變增加速度和使應力和應變保持恒定的功能，還具有可以設定實驗時間和設定采集數(shù)據的功能。試驗機帶有-30～250℃環(huán)境溫箱，具有保持溫度恒定的功能?？筛鶕枰M行設定。以長春市第三光學儀器廠生產的讀數(shù)顯微鏡測量2組試樣的長度和直徑，試樣長25 mm，外徑11.9～12.1 mm，內徑9.4～9.8mm。按參考文獻[11-13]的方法，在拉應力下對試樣反復加卸載30次進行預調處理后進行實驗。模擬正常人體溫，在36.5±0.5℃的溫度條件下進行。以0.5GPa/min的應力增加速度進行蠕變實驗，當自體坐骨神經移植組和PLGA導管移植組應變達到8.63%，自體坐骨神經移植組應力達到0.4 MPa，PLGA管移植組應力達到0.31 MPa時，使應力保持恒定。設定實驗時間為7 200 s，達到設定的時間后，控制機器的計算機自動輸出蠕變數(shù)據等實驗結果。為使標本保持濕度，實驗過程中不斷的向標本淋生理鹽水。

2.3 統(tǒng)計學分析

數(shù)據以mean±SD表示，以SPSS11.0軟件(Chicago，IL，USA)分析，采用配對t檢驗對2組實驗數(shù)據進行比較，P<0.05為差異有顯著性意義。以歸一化分析的方法處理兩組試樣的蠕變數(shù)據，建立歸一化歸一化蠕變函數(shù)方程。

3 結果

3.1 自體神經移植組和PLGA導管移植組坐骨神經試樣的蠕變曲線。

自體神經移植組和PLGA導管移植組坐骨神經試樣的蠕變曲線見圖1。

圖1 自體神經移植組和PLGA導管移植組坐骨神經試樣的蠕變曲線

3.2 自體神經移植組和PLGA導管移植組坐骨神經試樣的蠕變曲線見圖2。

圖2自體坐骨神經移植組和PLGA導管移植組坐骨神經試樣的歸一化蠕變函數(shù)曲線

Fig2Thenormalizationcreepfunctioncurveofthetwogroups

3.3 自體坐骨神經移植組和PLGA導管移植組坐骨神經的歸一化蠕變函數(shù)

按文獻[14]的方法建立兩組試樣的歸一化蠕變函數(shù)方程，設：

J(t)=a+be-1

(3)

令

正則方程

分別將2組蠕變實驗數(shù)據代入(4)式，解出兩組試樣的a，b值，將2組試樣的a，b值分別代入(3)式，得出2組試樣的歸一化蠕變函數(shù)方程如下：

自體神經移植組：

PLGA導管移植組：

正常對照組：

4 討論

蠕變實驗是研究生物材料粘彈性的重要方法，長時間蠕變實驗，需要長時間的保持應力恒定和使試樣保持一定的濕度等。本實驗采取了以下干預措施，對坐骨神經標本在同一部位取樣，試樣的幾何尺寸基本一致，采用具有自動控制應力、應變增加速度和使應變保持恒定的電子萬能試驗機，實驗過程中不斷向試樣淋生理鹽水，解決了試樣的保溫問題，試驗機帶有環(huán)境溫箱，實現(xiàn)了模擬正常人體溫，在36.5±0.5℃的溫度場下進行實驗。分別對每個試樣預調處理，由于采取了以上干預措施，保證了實驗結果的可靠性。本實驗觀察了自體神經移植組和PLGA導管移植組坐骨神經試樣在同一實驗的速度，同一環(huán)境溫度下的應變與時間的變化規(guī)律。實驗標本均為取自青年男性尸體，避免了因年齡和性別產生的偏倚。以統(tǒng)計分析和t檢驗方法評估實驗數(shù)據的誤差，通過實驗得出的蠕變數(shù)據可以定量的比較自體神經移植組和PLGA導管移植組坐骨神經的蠕變特性。本實驗發(fā)現(xiàn)，各組試樣蠕變在最初1 200 s 內變化最快，應變緩慢上升，達到7 200 s時，蠕變曲線基本趨于水平。試樣蠕變的初期變化率較快，說明坐骨神經試樣內固有的膨脹壓與局部的壓力差減少，因此，后期曲線比較平緩，趨于水平。

蠕變實驗結果表明，PLGA導管移植組坐骨神經試樣的7 200 s應變上升量顯著大于自體坐骨神經移植組組(P<0.05)。生物材料和人工生物材料的黏彈性是為了適應人的生理功能存在的，黏彈性主要以應力松弛、蠕變?yōu)楸憩F(xiàn)形式。蠕變是生物材料對恒應力適應性的反應，PLGA導管移植坐骨神經損傷后，在恒定的生理載荷作用下，伸長量大可以限制吻合口的張開和移位，有利于坐骨神經的再生和功能重建[15]。PLGA是已經被美國FDA批準的，在美國應用的醫(yī)用高分子合成材料，具有良好的生物相容性、生物可降解性和可調控的降解速率，不但可作為硬組織缺損的修復材料，而且在構建肌腱和韌帶等軟組織方面也發(fā)揮了極大的作用[16-17]。PLGA導管具有一定孔隙率，有利于神經再生過程中營養(yǎng)物質的攝取和代謝產物的排出，而且便于血管的長入，可為種植的許旺細胞再生神經提供充足的營養(yǎng)，從而加快神經再生。但由于孔徑的限制，隔絕了淋巴細胞、成纖維細胞等成分通過，有效的避免了炎性反應的發(fā)生和纖維瘢痕組織的侵擾[18]。本實驗結果表明，本實驗所用PLGA(70∶30)以NaCl 做致孔劑， PLGA 與NaCl 質量比1：9，按相關工藝制備的 PLGA導管體外移植坐骨神經損傷模型后，具有一定的強度、彈性和可塑性，可起到減輕縫合口的張力，限制吻合口的張開位移、神經束對合的精確的作用,從而達到提高神經再生質量的目的。