周圍神經導管研究與進展

羅麗花綜述，周毅審校

（1.湖北文理學院醫學院，湖北襄陽441053；2.湖北文理學院附屬醫院/襄陽市中心醫院神經外科，湖北襄陽441021）

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周圍神經導管研究與進展

羅麗花1綜述，周毅2審校

（1.湖北文理學院醫學院，湖北襄陽441053；2.湖北文理學院附屬醫院/襄陽市中心醫院神經外科，湖北襄陽441021）

組織工程；周圍神經/損傷；神經導管；微環境

目前，周圍神經損傷的修復是臨床上顯微重建外科的一大難題[1]。對于短距離的神經缺損可采用端-端直接縫合的方法；而對于長距離的神經缺損則需進行神經移植[2]。其中，自體神經移植是臨床上用于修復周圍神經缺損的“金標準”，但其存在供體來源缺乏、造成供體部位二次損傷或導致供體部位神經感覺功能喪失等缺點；異體神經移植供體來源較廣泛，但具有較強的免疫排斥反應[3-4]。隨著組織工程學這一交叉學科的迅速發展，人們開始利用組織學和工程學原理及方法制備神經導管代替自體神經進行神經移植，以達到周圍神經缺損的修復及功能重建的目的[5]。理想的神經導管應具有以下特征[6]：（1）具有良好的生物相容性和生物降解性，對細胞及周圍組織均無不良反應；（2）具有良好的通透性，允許營養物質進入導管內部以保證細胞的增殖和生長，同時，可及時排出代謝產物；（3）具有良好的力學性能和特定的三維空間，能模擬人體細胞外基質（extracellular matrix，ECM）的形態和功能作用。現將周圍神經導管的研究綜述如下。

1 神經導管材料

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。生物型材料經過去抗原、去細胞等處理后具有良好的生物相容性，能避免免疫排斥反應的發生；其含有基底膜結構，能為細胞的遷入提供有利環境；含有層黏連蛋白、纖維連接蛋白及膠原等成分，能促進軸突的再生，同時，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 肌肉去細胞肌神經管具有較好的理化性能和生物學性能，能支持和引導神經膜細胞的生長和再生軸突的延伸，且該肌神經管中含有層黏連蛋白、纖維連接蛋白和膠原等活性成分，能提高神經纖維對活性因子的作用。Keilhoff等[7]研究表明，利用去細胞肌神經管聯合骨髓間質干細胞作為神經導管修復大鼠坐骨神經缺損，在一定程度上能促進缺損神經的再生修復。但肌神經管在橋接神經缺損的過程中容易形成神經瘤等危險，且修復缺損神經的長度有限。

1.1.2 靜脈采用靜脈導管修復周圍神經缺損有以下特點：（1）操作簡單，取材方便；（2）不必重新加工，無免疫排斥反應；（3）靜脈管壁允許營養物質的擴散，且能阻擋周圍結締組織的侵入，避免形成神經瘤等。1909年Wrede[8]首次報道在臨床上利用靜脈作為神經導管修復27歲患者周圍神經7.0 cm的缺損。隨后，大量臨床研究結果表明，當神經缺損小于3.0 cm時靜脈導管的修復效果較好。但靜脈導管的管壁較薄，在修復長距離的神經缺損時容易發生管壁塌陷，導致營養物質或活性物質的缺失。

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，能表達多種生長因子及其mRNA相關蛋白，為細胞的增殖及分化提供營養成分，有利于細胞的繁殖。張琪等[9]利用羊膜及神經膜細胞構建復合型羊膜管橋接SD大鼠2.5 cm的坐骨神經缺損，結果表明，該復合型羊膜管能為軸突再生提供營養成分，且能引導軸突再生；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，如神經生長因子（neuralgrowth factor，NGF）等引導軸突的再生。但羊膜管的制備和保存具有一定難度。同時，羊膜管在臨床上應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周圍神經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點，但硅膠管是一種生物惰性材料，不能被生物降解、吸收，在體內長期存在容易產生異物反應、慢性神經壓迫及炎性刺激等并發癥，需二次手術取出，因此，不適合于臨床應用。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組織工程的研究。這些非生物降解型材料制成的人工導管雖然能為神經的再生起到臨時通道的作用，引導軸突的延伸及生長，但由于其均為生物惰性材料，不能在體內被生物降解及吸收，長期貯存體內會對神經產生卡壓現象，必須再次手術取出，對機體造成二次損傷。因此，選擇制備神經導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導管可為神經再生提供支撐和引導作用，當神經導管完成其“歷史使命”后能在體內被生物降解、吸收并最終排出體外，避免對再生神經產生壓迫現象及二次手術取出等困擾，減輕了患者的痛苦，是一種更具應用前景的神經導管支架材料。目前，常用于神經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，用于神經組織工程的高分子合成材料主要有殼聚糖、聚己內酯（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絡結構的納米纖維神經導管，聯合干細胞培養制成活性生物導管用于修復大鼠坐骨神經1.0 cm的缺損，結果表明，該納米神經導管能促進和引導軸突再生。Gu等[16]利用殼聚糖、絲素蛋白及神經膜細胞構建生物活性神經導管，用于修復大鼠坐骨神經缺損，通過電生理及形態學實驗結果表明，經神經膜細胞修飾的殼聚糖/絲素蛋白神經導管修復神經缺損效果明顯高于單純殼聚糖/絲素蛋白神經導管，該活性導管有望成為一種新的神經組織工程導管材料。

1.3.2 膠原膠原是動物體內結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]利用膠原制備成內徑為1.5 mm、長度為1.0 cm的神經導管，用于修復大鼠坐骨神經損傷。結果表明，這種神經導管不但能促進再生神經纖維沿著管腔呈線性延伸，而且還能阻止外源組織的侵入，避免了神經瘤的形成。Stang等[18]研究表明，由Ⅰ、Ⅲ型膠原構成的多孔結構神經導管修復大鼠2.0 cm的神經缺損，具有促進神經再生的作用。為進一步提高膠原的力學性能和控制膠原的降解速度，常采用甲醛、戊二醛等交聯劑使之化學交聯，Chen等[19]利用戊二醛作為交聯劑交聯膠原，使其具有較好的機械性能和表面結構，適合神經膜細胞在其表面黏附、增殖及生長。但利用化學交聯劑交聯所形成的膠原制品在降解過程中會釋放毒性物質，而使用紫外線輻射或微波輻射等物理交聯法所產生的交聯膠原在降解過程中則不會釋放毒性物質。

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，具有良好的生物相容性和較好的力學性能，且具有生物降解性，降解產物主要為游離氨基酸，其本身及其降解產物均對組織、細胞無毒性作用，近年來，被廣泛應用于組織工程學各個方面的研究[20-21]。Yang等[22]以絲素蛋白為原料制備神經導管，橋接大鼠坐骨神經1.0 cm的缺損。結果顯示，其促神經再生的功能與自體神經移植組接近，說明絲素蛋白是一種具有較大潛能的神經導管支架材料。

2 神經再生微環境

人工神經導管的主要功能是為受損神經的再生提供所需的微環境，即在導管內部加入種子細胞或神經營養因子（neurotophic factors，NTFs），使人工神經導管活性化，能提高神經損傷修復的效果及神經損傷修復的長度。Seckel[23]研究表明，雪旺氏細胞、ECM及NTFs是周圍神經再生微環境的三大要素，理想的神經導管由這三大要素有機地結合在一起，共同發揮作用。

2.1 神經膜細胞神經膜細胞是周圍神經系統特有的一種神經膠質細胞，在周圍神經的損傷修復過程中起著重要作用。周圍神經損傷后神經膜細胞發生一系列形態學改變：（1）軸突遠端發生Wallerian變性，雪旺細胞分裂、增殖形成Bungner帶，為再生軸突提供臨時的生長通道作用；（2）增生的神經膜細胞表達、分泌多種生物活性物質，如NGF和腦源性神經營養因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）等，引導軸突的再生；（3）神經膜細胞表面表達多種細胞黏附分子和膜受體，促進和引導軸突的再生；（4）神經膜細胞包繞再生軸突，形成神經纖維，促進再生軸突的成熟。因此，在人工神經導管內部加入神經膜細胞，能提高神經導管的生物學活性，有利于神經的再生和功能的恢復[24]。

2.2 ECMECM是由細胞分泌的一些物質沉積在細胞外空間，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胞的遷移提供引導作用。Chen等[25]在硅膠管內填充了膠原、纖維連接蛋白和層黏連蛋白組成的凝膠樣混合物，用于修復大鼠坐骨神經缺損。結果顯示，術后6周導管內凝膠樣物質完全降解吸收，實驗組有90%再生神經通過缺損區，而對照組僅有60%再生神經通過缺損區。組織學觀察發現，有髓軸突的成熟度及數量均提高了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的再生提供了理想的再生微環境。

2.3 NTFsNTFs是一類具有生物學效應的多肽分子，在神經的損傷修復過程中具有維持神經元活性及促進神經再生等作用。NTFs主要包括神經生長因子家族[NGF、BDNF、神經營養因子（neurotrophins，NT）-3、NT-4/5]及非神經生長因子家族（睫狀神經營養因子、胰島素樣生長因子、膠質細胞源神經營養因子、神經膜細胞源神經營養因子）等，在神經的再生和修復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，在導管內發揮生物活性作用的時間非常有限，因此，如何控制NTFs在導管內的緩慢釋放在神經再生過程中具有至關重要的作用。

3 展望

神經導管在未來的發展過程中，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，在構建人工神經導管的過程中具有明顯的優勢。但單一的生物降解型神經導管修復周圍神經缺損的效果欠佳，多種物質復合使用或在導管內加入生物活性物質構建復合型神經導管，能有效促進和引導神經再生，明顯提高神經導管修復周圍神經缺損的效果。利用生物降解型材料與種子細胞及NTFs相結合，構建一個由可生物降解高分子材料為導管基質，雪旺氏細胞為種子細胞，以及攜載了NTFs或NGF的復合型神經導管，是今后神經組織工程中神經導管構建的主要方向。在這種復合型神經導管中，由神經膜細胞和可降解神經導管構成的三維空間為受損神經創造一個既有橋接誘導作用，又為軸突生長提供獲取營養、氣體交換、排泄廢物和生長代謝的微環境；攜載的NGF或NTFs又能進一步促進神經的再生。因此，構建由可降解生物材料、神經膜細胞和NTFs組成的復合型神經導管已成為神經組織工程發展的重要研究方向。

[1]Jia H，Wang Y，Tong XJ，et al.Biocompatibility of acellular nerves of different mammalian species for nerve tissue engineering[J].Artif Cells Blood Substit Immobil Biotechnol，2011，39（6）：366-375.

[2]Johnson EO，Soucacos PN.Nerve repair：experimental and clinical evaluation of biodegradable artificial nerve guides[J].Injury，2008，39 Suppl 3：S30-36.

[3]Pfister BJ，Gordon T，Loverde JR，et al.Biomedical engineering strategies for peripheral nerve repair：surgical applications，state of the art，and future challenges[J].Crit Rev Biomed Eng，2011，39（2）：81-124.

[4]Tamaki T.Bridging long gap peripheral nerve injury using skeletal musclederived multipotent stem cells[J].Neural Regen Res，2014，9（14）：1333-1336.

[5]Griffin MF，Malahias M，Hindocha S，et al.Peripheral nerve injury：principles for repair and regeneration[J].Open Orthop J，2014，8：199-203.

[6]Kehoe S，Zhang XF，Boyd D.FDA approved guidance conduits and wraps for peripheral nerve injury：A review of materials and efficacy[J].Injury，2012，43（5）：553-572.

[7]Keilhoff G，Stang F，Goihl A，et al.Transdifferentiated mesenchymal stem cells as alternative therapy in supporting nerve regeneration and myelination[J].Cell Mol Neurobiol，2006，26（7/8）：1235-1252.

[8]Wrede L.Ueberbrueckung eines nervendefektes mittels seidennaht und lebendem venenstueckes[J].Dtsch Med Wochenschr，1909，35：1125-1230.

[9]張琪，顧曉明，俞光巖，等.復合許旺細胞的羊膜衍生物膜修復神經缺損的動物實驗[J].中華口腔醫學雜志，2006，41（2）：98-101.

[10]Lundborg G，Dahlin L，Dohi D，et al.A new type of“bioartificial”nerve graft for bridging extended defects in nerves[J].J Hand Surg Br，1997，22（3）：299-303.

[11]Wrobel S，Serra SC，Ribeiro-Samy S，et al.In vitro evaluation of cell-seeded chitosan films for peripheral nerve tissue engineering[J].Tissue Eng Part A，2014，20（17/18）：2339-2349.

[12]Sudwilai T，Ng JJ，Boonkrai C，et al.Polypyrrole-coated electrospun poly（lactic acid）fibrous scaffold：effects of coating on electrical conductivity and neural cell growth[J].J Biomater Sci Polym Ed，2014，25（12）：1240-1252.

[13]Kuo YC，Chung CY.TATVHL peptide-grafted alginate/poly（γ-glutamic acid）scaffolds with inverted colloidal crystal topology for neuronal differentiation of iPS cells[J].Biomaterials，2012，33：8955-8966.

[14]Niu Y，Chen KC，He T，et al.Scaffolds from block polyurethanes based on poly（ε-caprolactone）（PCL）and poly（ethylene glycol）（PEG）for peripheral nerve regeneration[J].Biomaterials，2014，35（14）：4266-4277.

[15]Beigi MH，Ghasemi-Mobarakeh L，Prabhakaran MP，et al.In vivo integration of poly（ε-caprolactone）/gelatin nanofibrous nerve guide seeded with teeth derived stem cells for peripheral nerve regeneration[J].J Biomed Mater Res A，2014，102（12）：4554-4567.

[16]Gu Y，Zhu J，Xue C，et al.Chitosan/silk fibroin-based，Schwann cell-derived extracellular matrix-modified scaffolds for bridging rat sciatic nerve gaps[J].Biomaterials，2014，35（7）：2253-2263.

[17]Tyner TR，Parks N，Faria S，et al.Effects of collagen nerve guide on neuroma formation and neuropathic pain in a rat model[J].Am J Surg，2007，193（1）：e1-6.

[18]Stang F，Fansa H，Wolf G，et al.Structural parameters of collagen nerve grafts influence peripheral nerve regeneration[J].Biomaterials，2005，26（16）：3083-3091.

[19]Chen PR，Chen MH，Sun JS，et al.Biocompatibility of NGF-grafted GTG membranes for peripheral nerve repair using cultured Schwann cells[J]. Biomaterials，2004，25（25）：5667-5673.

[20]Dinis TM，Elia R，Vidal G，et al.Method to form a fiber/growth factor dualgradient along electrospun silk for nerve regeneration[J].ACS Appl Mater Interfaces，2014，6（19）：16817-16826.

[21]Mottaghitalab F，Farokhi M，Zaminy A，et al.A biosynthetic nerve guide conduit based on silk/SWNT/fibronectin nanocomposite for peripheral nerve regeneration[J].Plos One，2013，8（9）：e74417.

[22]Yang Y，Chen X，Ding F，et al.Biocompatibility evaluation of silk fibroin with peripheral nerve tissues and cells in vitro[J].Biomaterials，2007，28（9）：1643-1652.

[23]Seckel BR.Enhancement of peripheral nerve regeneration[J].Muscle Nerve，1990，13（9）：785-800.

[24]Karimi M，Biazar E，Keshel SH，et al.Rat sciatic nerve reconstruction across a 30 mm defect bridged by an oriented porous PHBV tube with Schwann cell as artificial nerve graft[J].ASAIO J，2014，60（2）：224-233.

[25]Chen YS，Hsieh CL，Tsai CC，et al.Peripheral nerve regeneration using silicone rubber chambers filled with collagen，laminin and fibronectin[J]. Biomaterials，2000，21（15）：1541-1547.

[26]Qiu T，Yin Y，Li B，et al.PDLLA/PRGD/β-TCP conduits build the neurotrophin-rich microenvironment suppressing the oxidative stress and promoting the sciatic nerve regeneration[J].J Biomed Mater Res A，2014，102（10）：3734-3743.

10.3969/j.issn.1009-5519.2015.04.015

：A

：1009-5519（2015）04-0523-03

2014-09-15）

湖北省教育廳科學技術研究計劃優秀中青年人才項目（Q20112601）；襄陽市研究與開發計劃項目（20270268020）。

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