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）

·综述与讲座·

周围神经导管研究与进展

罗丽花1综述，周毅2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）

组织工程；周围神经/损伤；神经导管；微环境

目前，周围神经损伤的修复是临床上显微重建外科的一大难题[1]。对于短距离的神经缺损可采用端-端直接缝合的方法；而对于长距离的神经缺损则需进行神经移植[2]。其中，自体神经移植是临床上用于修复周围神经缺损的“金标准”，但其存在供体来源缺乏、造成供体部位二次损伤或导致供体部位神经感觉功能丧失等缺点；异体神经移植供体来源较广泛，但具有较强的免疫排斥反应[3-4]。随着组织工程学这一交叉学科的迅速发展，人们开始利用组织学和工程学原理及方法制备神经导管代替自体神经进行神经移植，以达到周围神经缺损的修复及功能重建的目的[5]。理想的神经导管应具有以下特征[6]：（1）具有良好的生物相容性和生物降解性，对细胞及周围组织均无不良反应；（2）具有良好的通透性，允许营养物质进入导管内部以保证细胞的增殖和生长，同时，可及时排出代谢产物；（3）具有良好的力学性能和特定的三维空间，能模拟人体细胞外基质（extracellular matrix，ECM）的形态和功能作用。现将周围神经导管的研究综述如下。

1 神经导管材料

1.1 生物型材料生物型材料是指直接来源于生物体的天然活性材料，如静脉、肌肉、血管和膜管等。生物型材料经过去抗原、去细胞等处理后具有良好的生物相容性，能避免免疫排斥反应的发生；其含有基底膜结构，能为细胞的迁入提供有利环境；含有层黏连蛋白、纤维连接蛋白及胶原等成分，能促进轴突的再生，同时，具有支撑作用。但生物型材料存在缺血后管壁塌陷、再生不良、吸收瘢痕组织、增生及粘连等问题。

1.1.1 肌肉去细胞肌神经管具有较好的理化性能和生物学性能，能支持和引导神经膜细胞的生长和再生轴突的延伸，且该肌神经管中含有层黏连蛋白、纤维连接蛋白和胶原等活性成分，能提高神经纤维对活性因子的作用。Keilhoff等[7]研究表明，利用去细胞肌神经管联合骨髓间质干细胞作为神经导管修复大鼠坐骨神经缺损，在一定程度上能促进缺损神经的再生修复。但肌神经管在桥接神经缺损的过程中容易形成神经瘤等危险，且修复缺损神经的长度有限。

1.1.2 静脉采用静脉导管修复周围神经缺损有以下特点：（1）操作简单，取材方便；（2）不必重新加工，无免疫排斥反应；（3）静脉管壁允许营养物质的扩散，且能阻挡周围结缔组织的侵入，避免形成神经瘤等。1909年Wrede[8]首次报道在临床上利用静脉作为神经导管修复27岁患者周围神经7.0 cm的缺损。随后，大量临床研究结果表明，当神经缺损小于3.0 cm时静脉导管的修复效果较好。但静脉导管的管壁较薄，在修复长距离的神经缺损时容易发生管壁塌陷，导致营养物质或活性物质的缺失。

1.1.3 羊膜羊膜是一种天然高分子活性材料，含糖蛋白、蛋白多糖及胶原等多种活性成分，能表达多种生长因子及其mRNA相关蛋白，为细胞的增殖及分化提供营养成分，有利于细胞的繁殖。张琪等[9]利用羊膜及神经膜细胞构建复合型羊膜管桥接SD大鼠2.5 cm的坐骨神经缺损，结果表明，该复合型羊膜管能为轴突再生提供营养成分，且能引导轴突再生；羊膜管本身具有较好的生物降解性，能被完全降解、吸收。羊膜管主要通过自身携带的生物活性因子，如神经生长因子（neuralgrowth factor，NGF）等引导轴突的再生。但羊膜管的制备和保存具有一定难度。同时，羊膜管在临床上应用存在一定的道德及伦理问题。

1.2 非生物降解型材料硅胶是最早用于修复周围神经缺损的非生物降解型材料之一[10]。硅胶管具有较好的塑形性，能形成不同的形状，且具有不容易塌陷等优点，但硅胶管是一种生物惰性材料，不能被生物降解、吸收，在体内长期存在容易产生异物反应、慢性神经压迫及炎性刺激等并发症，需二次手术取出，因此，不适合于临床应用。此外，聚四氟乙烯管、脱钙骨管、聚氨酯管等非生物降解材料也被用于神经组织工程的研究。这些非生物降解型材料制成的人工导管虽然能为神经的再生起到临时通道的作用，引导轴突的延伸及生长，但由于其均为生物惰性材料，不能在体内被生物降解及吸收，长期贮存体内会对神经产生卡压现象，必须再次手术取出，对机体造成二次损伤。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。

1.3 生物降解型材料利用生物降解型材料制备的神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（polycaprolactone，PCL）、聚乳酸、聚羟基乙酸及其共聚物[11-14]等。Beigi等[15]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[16]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[17]利用胶原制备成内径为1.5 mm、长度为1.0 cm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[18]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[19]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[20-21]。Yang等[22]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

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），使人工神经导管活性化，能提高神经损伤修复的效果及神经损伤修复的长度。Seckel[23]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-derived 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[24]。

2.2 ECMECM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[25]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60%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 NTFsNTFs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[NGF、BDNF、神经营养因子（neurotrophins，NT）-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[26]。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。

3 展望

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佳，多种物质复合使用或在导管内加入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。

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：A

：1009-5519（2015）04-0523-03

2014-09-15）

湖北省教育厅科学技术研究计划优秀中青年人才项目（Q20112601）；襄阳市研究与开发计划项目（20270268020）。

罗丽花（1981-），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.com。