【摘要】 神經(jīng)導(dǎo)管作為橋梁，連接受損神經(jīng)，在神經(jīng)再生與修復(fù)過程中起到重要作用。本文對近年來文獻(xiàn)報道的神經(jīng)導(dǎo)管進行歸納，從結(jié)構(gòu)與功能構(gòu)建方面，綜述神經(jīng)導(dǎo)管的研究進展。

【關(guān)鍵詞】 組織工程；神經(jīng)修復(fù)；神經(jīng)導(dǎo)管

doi：10.3969/j.issn.1004-7484（s）.2013.11.846 文章編號：1004-7484（2013）-11-6819-02

神經(jīng)損傷是臨床上常見的疾病，短段神經(jīng)缺損可以采用吻合手術(shù)進行治療，然而，長段的神經(jīng)缺損則需要尋求神經(jīng)替代物進行移植手術(shù)了。于是，神經(jīng)導(dǎo)管構(gòu)建一直是神經(jīng)再生修復(fù)領(lǐng)域的研究熱點。神經(jīng)導(dǎo)管的構(gòu)建經(jīng)歷了由結(jié)構(gòu)到功能的發(fā)展。在宏觀結(jié)構(gòu)方面，神經(jīng)導(dǎo)管由單通道發(fā)展成為多通道，并在空心通道中填充適合神經(jīng)再生的材料，增強神經(jīng)再生能力；在微觀結(jié)構(gòu)方面，由多孔結(jié)構(gòu)發(fā)展成為納米纖維仿生結(jié)構(gòu)；在功能方面，由生物學(xué)惰性的神經(jīng)導(dǎo)管，逐漸發(fā)展成為負(fù)載生物學(xué)信號的神經(jīng)導(dǎo)管。將神經(jīng)導(dǎo)管與具有生物學(xué)活性、促進神經(jīng)生長的因子、短肽、蛋白質(zhì)等復(fù)合，或者將神經(jīng)導(dǎo)管與促進神經(jīng)再生的功能細(xì)胞（如血旺細(xì)胞等）復(fù)合，使得神經(jīng)導(dǎo)管具有一定的生物學(xué)活性，引導(dǎo)和促進神經(jīng)的再生。

1 單通道中空神經(jīng)導(dǎo)管

中空管狀結(jié)構(gòu)或者多孔棒狀結(jié)構(gòu)的支架是神經(jīng)導(dǎo)管的雛形，這些支架的制備工藝簡單。顯然，多孔棒狀結(jié)構(gòu)支架不適合在體內(nèi)用做神經(jīng)再生修復(fù)，逐漸退出歷史舞臺。但是，管狀的神經(jīng)支架，也就是神經(jīng)導(dǎo)管，一直沿用至今。對于熱穩(wěn)定性好的天然或者合成類材料，可以直接采用熔融澆筑的方法制備單通道神經(jīng)導(dǎo)管[1]；對于熱穩(wěn)定性差的聚合物，可以選擇合適溶劑，采用旋涂的方法，結(jié)合空氣干燥，制備單通道神經(jīng)導(dǎo)管，另外，還可以通過電紡絲、相分離等常用方法制備神經(jīng)導(dǎo)管。不同的原材料或者制備工藝會對神經(jīng)導(dǎo)管的物理化學(xué)性能產(chǎn)生影響。

用京尼平交聯(lián)明膠，制備單通道神經(jīng)導(dǎo)管。將這種神經(jīng)導(dǎo)管用于修復(fù)大鼠10mm坐骨神經(jīng)缺損，6周內(nèi)，導(dǎo)管未發(fā)生明顯降解，機械性能穩(wěn)定，6周后，組織學(xué)染色觀察到缺損處出現(xiàn)大量被血旺細(xì)胞包裹還未形成髓鞘的神經(jīng)纖維，8周后，電生理實驗表明大鼠運動能力有一定程度的恢復(fù)。

目前，單通道中空神經(jīng)導(dǎo)管已經(jīng)投入臨床使用。但是，臨床研究發(fā)現(xiàn)，由于導(dǎo)管通道直徑相對較大，可能導(dǎo)致同一運動神經(jīng)元再生的軸突在管內(nèi)發(fā)生分支，不利于神經(jīng)再生[2]。所以，單通道中空神經(jīng)導(dǎo)管通常用于小于30mm的短段神經(jīng)損傷治療。為了治療長段神經(jīng)缺損，需要對神經(jīng)導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)與功能設(shè)計進行改進。

2 多通道神經(jīng)導(dǎo)管

多通道神經(jīng)導(dǎo)管是對單通道神經(jīng)導(dǎo)管的改進，它將直徑較大的單一通道改進為多個直徑較小的通道，模仿神經(jīng)束的結(jié)構(gòu)，為神經(jīng)生長提供向?qū)?。一般情況下，要結(jié)合模具的設(shè)計，利用注塑成型技術(shù)制備多通道神經(jīng)導(dǎo)管。通道數(shù)目以及通道直徑等參數(shù)，可以通過模具的設(shè)計來進行調(diào)控。Ruiter等研究表明，多通道神經(jīng)導(dǎo)管可以在一定程度上減小再生神經(jīng)的分散性。但是，相對于單通道神經(jīng)導(dǎo)管，多通道神經(jīng)導(dǎo)管并沒有體現(xiàn)出顯著性的神經(jīng)修復(fù)優(yōu)勢。這說明多通道神經(jīng)導(dǎo)管的通道數(shù)與通道直徑需要進一步設(shè)計完善，使之與實際神經(jīng)束的尺寸相近。顯然，這有待于模具設(shè)計與制備工藝的提高。

用EDC與NHS交聯(lián)膠原制備單通道與不同通道數(shù)的多通道神經(jīng)導(dǎo)管，并于市售的膠原神經(jīng)導(dǎo)管NeuraGen做比較，在體外，研究它們的力學(xué)強度、降解性能以及細(xì)胞相容性；在體內(nèi)，修復(fù)大鼠10mm長坐骨神經(jīng)缺損。動物實驗結(jié)果表明，單通道和4通道神經(jīng)導(dǎo)管的神經(jīng)再生修復(fù)能力優(yōu)于其它實驗組別導(dǎo)管；相對于單通道神經(jīng)導(dǎo)管，2通道和4通道神經(jīng)導(dǎo)管在達(dá)到修復(fù)要求的情況下，明顯降低了再生神經(jīng)的分支現(xiàn)象，這體現(xiàn)出多通道神經(jīng)導(dǎo)管的潛在應(yīng)用趨勢。

相比單通道神經(jīng)導(dǎo)管，多通道神經(jīng)導(dǎo)管具有更高的比表面積，這為細(xì)胞的粘附，營養(yǎng)物質(zhì)的吸附于傳輸提供了便利，增強了軸突再生的能力；當(dāng)然，多通道必然帶來較多的通道壁，可能在一定程度上降低了導(dǎo)管的通透性?？傊?，多通道與單通道神經(jīng)導(dǎo)管在神經(jīng)修復(fù)中的優(yōu)劣還需進一步證明；通道數(shù)目與通道直徑大小對神經(jīng)再生的影響也是一個有待研究的課題。

3 通道內(nèi)帶有填充物質(zhì)的神經(jīng)導(dǎo)管

如果缺損相對較短，那么外周神經(jīng)是可以自我修復(fù)的。在修復(fù)過程中，神經(jīng)斷裂處會出現(xiàn)纖維蛋白束，以便于血旺細(xì)胞的遷移、Bunger帶的形成[3]。然后，再生的神經(jīng)纖維會進入纖維蛋白束中，沿著Bunger帶生長，到達(dá)斷裂遠(yuǎn)端，達(dá)到神經(jīng)再生的目的。但是，如果缺損相對較長，在沒有外源性支持的情況下，纖維蛋白束以及Bunger帶的形成就變得困難，再生神經(jīng)束很難生長到斷裂遠(yuǎn)端。所以，在神經(jīng)導(dǎo)管管道內(nèi)部填充一部分生物材料，如纖維、凝膠等，在一定程度上代替纖維蛋白的功能，有利于管道腔體內(nèi)部血旺細(xì)胞的粘附、增殖和遷移，促進軸突再生。

Lundborg等是最早嘗試在中空的神經(jīng)導(dǎo)管內(nèi)填充絲狀或者纖維狀材料，改進神經(jīng)導(dǎo)管功能的研究小組之一。他們在硅神經(jīng)導(dǎo)管中縱向填充聚酰胺纖維絲，修復(fù)大鼠15mm坐骨神經(jīng)缺損。實驗結(jié)果表明，相對于中空神經(jīng)導(dǎo)管，含有填充材料的神經(jīng)導(dǎo)管更有利于神經(jīng)再生。自從那時起，合成類以及天然類的纖維填充物被用于改進中空神經(jīng)導(dǎo)管，優(yōu)化神經(jīng)修復(fù)。

用蠶絲蛋白制備單通道神經(jīng)導(dǎo)管，并在導(dǎo)管內(nèi)部填充不同數(shù)量的市售Spidrex蠶絲蛋白纖維。體外實驗表明，蠶絲蛋白纖維有利于神經(jīng)的生長；將這種神經(jīng)導(dǎo)管用于8mm長大鼠坐骨神經(jīng)缺損修復(fù)實驗，結(jié)果表明，術(shù)后4周，在填充200根蠶絲蛋白纖維的神經(jīng)導(dǎo)管中再生的神經(jīng)數(shù)量，達(dá)到自體神經(jīng)移植對照組的62%，術(shù)后8周，有髓鞘包裹的再生神經(jīng)數(shù)目達(dá)到自體神經(jīng)移植對照組的81%。

此外，組成細(xì)胞外基質(zhì)的蛋白，如層連粘蛋白、纖維蛋白以及膠原，也是優(yōu)良的神經(jīng)導(dǎo)管填充物。Matsumoto等用PGA制備內(nèi)徑4mm，長90mm，壁厚50μm的神經(jīng)導(dǎo)管，并在導(dǎo)管內(nèi)腔填充長90mm，直徑50μm的負(fù)載層連粘蛋白的膠原纖維。用這種神經(jīng)導(dǎo)管修復(fù)狗80mm坐骨神經(jīng)缺損，神經(jīng)再生與運動功能恢復(fù)良好。

然而，這種在導(dǎo)管腔體內(nèi)填充材料，改進神經(jīng)導(dǎo)管的方法，也具有一定局限性。在管腔內(nèi)填充材料，必然會降低管腔內(nèi)的容積，如果填充材料的密度較大或者填充材料的降解時間與神經(jīng)再生的速率不匹配，那么，填充材料在一定程度上會阻礙神經(jīng)再生。因此，應(yīng)該慎重選擇填充材料，并考察填充材料的力學(xué)性能、降解時間以及填充材料的使用密度。

4 具有納米纖維結(jié)構(gòu)的神經(jīng)導(dǎo)管

細(xì)胞外基質(zhì)組成蛋白的主要形態(tài)是直徑50至500nm的纖維[4]，細(xì)胞的體積約比這些纖維高一至兩個數(shù)量級，這就使細(xì)胞可以在三維環(huán)境中同時接觸多個納米纖維形態(tài)的蛋白質(zhì)，確定自體在三維環(huán)境中的位置，進行細(xì)胞體內(nèi)外物質(zhì)交換與反應(yīng)。神經(jīng)導(dǎo)管為神經(jīng)細(xì)胞的生長提供微環(huán)境，是影響神經(jīng)再生的重要因素，因此，應(yīng)該在結(jié)構(gòu)和功能上模仿細(xì)胞外基質(zhì)。為了在結(jié)構(gòu)上仿生，許多研究致力于構(gòu)建具有納米纖維結(jié)構(gòu)神經(jīng)導(dǎo)管。

常用的制備納米細(xì)胞支架的方法主要有三種，自組裝、電紡絲和相分離。通過pH值誘導(dǎo)多肽與兩親聚合物自組裝，可以制備納米纖維支架[5]。一些合成共聚物也可以通過自組裝得到納米纖維結(jié)構(gòu)。然而，自組裝得到的三維結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，力學(xué)強度差，不易制備神經(jīng)導(dǎo)管，多數(shù)自組裝技術(shù)制備的支架材料為水凝膠。電紡絲是一種應(yīng)用廣泛的制備納米纖維支架的方法，選擇合適的溶劑，許多天然與合成高分子都可以利用電紡絲技術(shù)制備納米纖維支架用做組織工程方面研究。然而，多數(shù)電紡絲制備的支架較薄，在構(gòu)建復(fù)雜3D支架（如神經(jīng)導(dǎo)管，尤其是多通道神經(jīng)導(dǎo)管）時有一定的困難。目前，電紡絲制備神經(jīng)導(dǎo)管，需要將制備的較薄納米纖維支架與一定厚度的材料復(fù)合使用，卷曲制備神經(jīng)導(dǎo)管，所制備的神經(jīng)導(dǎo)管也只是在內(nèi)表面上具有納米纖維結(jié)構(gòu)，而整個導(dǎo)管并非是由納米纖維組成。相分離是一種簡單有效制備組織工程支架的方法，結(jié)合模具設(shè)計與低壓注塑技術(shù)，可以方便快捷的制備各種宏觀結(jié)構(gòu)的神經(jīng)導(dǎo)管。

Chew等人合成己內(nèi)酯與乙基磷酸酯的共聚物，然后混合人膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（GDNF）進行電紡絲，制備纖維取向排列的納米纖維支架，并把支架卷曲，制備得到內(nèi)壁具有取向纖維的神經(jīng)導(dǎo)管。用這種神經(jīng)導(dǎo)管進行大鼠外周神經(jīng)15mm缺損修復(fù)實驗，結(jié)果表明，神經(jīng)導(dǎo)管內(nèi)部纖維取向?qū)Υ笫笊窠?jīng)再生有影響，平行導(dǎo)管方向的纖維取向有利于神經(jīng)再生。術(shù)后三個月，電生理檢測表明，用內(nèi)部含有平行導(dǎo)管取向纖維且負(fù)載GDNF的神經(jīng)導(dǎo)管修復(fù)9只大鼠外周神經(jīng)缺損，4只大鼠運動功能得到恢復(fù)，優(yōu)于其它各實驗組。

5 負(fù)載生長因子的神經(jīng)導(dǎo)管

對于治療鼠類小于10mm以及靈長類小于30mm的短段外周神經(jīng)缺損，上述神經(jīng)導(dǎo)管已經(jīng)卓有成效。但是，當(dāng)神經(jīng)缺損過長時，僅憑改變神經(jīng)導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)很難達(dá)到修復(fù)的目的，這就需要在神經(jīng)導(dǎo)管中負(fù)載生物學(xué)信號來促進長段缺損神經(jīng)再生。生物學(xué)信號可以是由生長因子或者移植細(xì)胞提供。

生長因子是細(xì)胞分泌的調(diào)整細(xì)胞增殖和分化的蛋白質(zhì)或者多肽。神經(jīng)再生受到細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)分子以及生長因子的綜合影響，其中，生長因子對神經(jīng)修復(fù)尤其重要[6]。與神經(jīng)再生相關(guān)的生長因子包括神經(jīng)生長因子（Nerve growth factor，NGF），腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（Brain-derived neurotrophic factor，BDNF），神經(jīng)營養(yǎng)因子-3（Neurotrophin-3，NT-3），神經(jīng)營養(yǎng)因子-4/5（Neutotrophin-4/5，NT-4/5）等[7]。研究表明，神經(jīng)斷裂末端細(xì)胞分泌的生長因子可以支持軸突再生，但是，細(xì)胞分泌的生長因子含量有限，很難維持持續(xù)性供給。所以，神經(jīng)導(dǎo)管內(nèi)生長因子的負(fù)載與控制釋放一直是人們關(guān)注的研究課題，意義重大。

已經(jīng)報道的在神經(jīng)導(dǎo)管中負(fù)載生長因子的方法大致分為以下幾種：①直接在神經(jīng)導(dǎo)管中溶解生長因子；②通過外接注射泵持續(xù)供給生長因子；③在制備過程中，將生長因子與制備神經(jīng)導(dǎo)管的原料混合，制備管壁內(nèi)包裹生長因子的神經(jīng)導(dǎo)管；④通過微球負(fù)載生長因子于管壁；⑤通過導(dǎo)管內(nèi)腔填充物負(fù)載生長因子[7]；⑥基因表達(dá)策略。

用PLGA與PLLA制備負(fù)載GDNF的雙層微球，再將這些微球復(fù)合于PCL神經(jīng)導(dǎo)管管壁內(nèi)部，體外實驗表明，GDNF的釋放可以維持50天以上。用這種神經(jīng)導(dǎo)管修復(fù)大鼠坐骨神經(jīng)15mm缺損。術(shù)后6周，在斷裂處近端以及遠(yuǎn)端，神經(jīng)再生情況良好，再生的血旺細(xì)胞優(yōu)先生長于管壁負(fù)載GDNF微球處，而無GDNF負(fù)載的神經(jīng)導(dǎo)管對照組，基本無血旺細(xì)胞再生。

6 負(fù)載細(xì)胞的神經(jīng)導(dǎo)管

可以用于神經(jīng)再生修復(fù)的細(xì)胞包括血旺細(xì)胞和干細(xì)胞。血旺細(xì)胞是神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的一種，對神經(jīng)元的生存與功能起著至關(guān)重要的作用。在神經(jīng)受損后，血旺細(xì)胞的形態(tài)發(fā)生改變，形成共軸突再生的管道。血旺細(xì)胞可以分泌多種生長因子，如神經(jīng)生長因子（NGF）、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（BDNF）、膠質(zhì)源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（GDNF）、胰島素樣生長因子以及促紅細(xì)胞生長素。此外，血旺細(xì)胞還有清理損傷髓鞘碎片的功能。這些性質(zhì)使得血旺細(xì)胞成為在神經(jīng)修復(fù)中使用最多的細(xì)胞。將血旺細(xì)胞種植于單通道神經(jīng)導(dǎo)管的空腔內(nèi)部，或者將血旺細(xì)胞種植于多通道神經(jīng)導(dǎo)管，培養(yǎng)一段時間后，利用負(fù)載血旺細(xì)胞的神經(jīng)導(dǎo)管進行外周神經(jīng)修復(fù)，結(jié)果表明，這種神經(jīng)導(dǎo)管可以促進Bunger帶的形成，有利于神經(jīng)再生。

在神經(jīng)損傷后，由于營養(yǎng)供應(yīng)不足，大量神經(jīng)元會死亡，移植神經(jīng)元于受損神經(jīng)，在一定程度上可以促進神經(jīng)損傷修復(fù)。然而，成熟神經(jīng)元本身很難在體外培養(yǎng)增殖，這為神經(jīng)元的獲取帶來了不便。隨著干細(xì)胞研究的興起，人們發(fā)現(xiàn)，干細(xì)胞具有無限增殖的能力，在一定的條件可以誘導(dǎo)干細(xì)胞分化成為神經(jīng)元，這為神經(jīng)元的獲得提供了便利。常用的干細(xì)胞包括胚胎干細(xì)胞（ESCs）、神經(jīng)干細(xì)胞（NSCs）和間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs），它們的來源不同，功能略有差異。

設(shè)計模具，用熱質(zhì)相分離法制備了7通道PLGA神經(jīng)導(dǎo)管，并對其力學(xué)性能、降解性質(zhì)以及生物相容性做了體外研究。Du等人在這種神經(jīng)導(dǎo)管上種植NSCs，共培養(yǎng)后14天后，用于大鼠脊柱橫斷修復(fù)。術(shù)后兩周，行為學(xué)分析表明，實驗組大鼠的運動能力恢復(fù)高于對照組，且具有顯著性差異；免疫反應(yīng)分析表明，移植的細(xì)胞有較高的存活率，在脊髓損傷處分化成為神經(jīng)元形貌的細(xì)胞，SEM觀察也證實了這一點；免疫染色分析表明，實驗組神經(jīng)纖維的再生數(shù)量明顯高于其它對照組；Nissl染色表明實驗組大鼠本體神經(jīng)元存活率高于其它組別；整個動物學(xué)實驗表明，這種負(fù)載NSCs的PLGA多通道神經(jīng)導(dǎo)管，在治療脊髓損傷方面有潛在的應(yīng)用前景。

7 結(jié) 語

神經(jīng)導(dǎo)管已經(jīng)廣泛應(yīng)用于長段神經(jīng)缺損的臨床治療。利用組織工程原理，對神經(jīng)導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)及功能構(gòu)建進行研究，制備新型神經(jīng)導(dǎo)管，是神經(jīng)再生修復(fù)領(lǐng)域的重要研究方向。微觀結(jié)構(gòu)仿生并且具有一定生物功能的神經(jīng)導(dǎo)管將在神經(jīng)治療領(lǐng)域發(fā)揮更重要的作用。

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