支架橫截面為直徑較為均一的多孔蜂巢狀結(jié)構(gòu)（如上圖）,，孔徑可以根據(jù)需要調(diào)整?？v截面為軸向平行排列的微管狀結(jié)構(gòu),，與外周神經(jīng)纖維排列結(jié)構(gòu)相似，可以為神經(jīng)纖維再生提供通道,。
早期的研究發(fā)現(xiàn),，缺損的神經(jīng)有再生潛能，但其潛能激發(fā)需要理想的微環(huán)境,，于是為缺損神經(jīng)細(xì)胞打造“神經(jīng)再生室”就成了組織工程神經(jīng)研究科學(xué)家的重要任務(wù),。
神經(jīng)系統(tǒng)一旦損傷后患多
據(jù)估算，人體的各種神經(jīng)數(shù)量超過(guò)1000萬(wàn)條,，連接起來(lái)的總長(zhǎng)度超過(guò)30萬(wàn)公里,，約為地球赤道周長(zhǎng)的7倍以上。它像一張無(wú)形的大網(wǎng)覆蓋了人體的每一個(gè)部位,。我們?nèi)祟愖鳛檫@個(gè)星球上最復(fù)雜的高等生物,，無(wú)論是具有“眼觀六路，耳聽八方”的豁達(dá),，還是具有“靜若處子,，動(dòng)若脫兔”的身手，抑或是人人都有的“七情六欲”,，每天都會(huì)嘗到的“酸甜苦辣咸”等,，都與神經(jīng)系統(tǒng)的功能密不可分,。生命體對(duì)外界的一切感知以及相對(duì)應(yīng)做出的反應(yīng)都基于神經(jīng)系統(tǒng)復(fù)雜而龐大的存在。
然而神經(jīng)系統(tǒng)又是容易受傷的,。統(tǒng)計(jì)顯示,，外周神經(jīng)損傷發(fā)生比例遠(yuǎn)高于中樞神經(jīng)損傷發(fā)生比例，在平時(shí)約占全部創(chuàng)傷的1.5%～4%,。近年來(lái),，隨著家用汽車等各種交通工具的快速增加，以及建筑業(yè)和制造加工業(yè)的高速發(fā)展,，各種外傷導(dǎo)致的外周神經(jīng)損傷發(fā)病率居高不下,。而神經(jīng)損傷后的一系列后遺癥，如運(yùn)動(dòng)機(jī)能障礙,、感覺(jué)機(jī)能障礙以及肌肉萎縮等,，一直是醫(yī)患無(wú)法回避的難題。
對(duì)于短節(jié)段神經(jīng)缺損,，臨床一般采取神經(jīng)斷端直接吻合,，神經(jīng)外膜或者神經(jīng)束膜縫合的方法。但對(duì)于長(zhǎng)節(jié)段的神經(jīng)缺損（＞5cm）,，臨床上無(wú)法進(jìn)行無(wú)張力縫合,，目前的治療方法主要是將未損傷區(qū)域的自體神經(jīng)移植到損傷區(qū)域修復(fù)損傷神經(jīng)。但這種“拆東墻補(bǔ)西墻”的方法獲取自體神經(jīng)需要二次手術(shù),，而且可供移植的神經(jīng)來(lái)源有限,，移植術(shù)后可造成供區(qū)神經(jīng)功能損失等。因此長(zhǎng)節(jié)段周圍神經(jīng)缺損始終是困擾臨床醫(yī)師的問(wèn)題之一,。
搭好支架引導(dǎo)神經(jīng)再生
上世紀(jì)80年代,，瑞典學(xué)者Lundborg受前人研究啟發(fā)，將醫(yī)用硅膠管套在實(shí)驗(yàn)鼠神經(jīng)兩斷端上,，希望對(duì)神經(jīng)的再生有所幫助,。這一在當(dāng)時(shí)看來(lái)極為匪夷所思的行為卻帶來(lái)了意想不到的再生效果。神經(jīng)軸突可以優(yōu)先長(zhǎng)向遠(yuǎn)側(cè)神經(jīng)斷端,，具有明顯的趨化特性,。此后，構(gòu)建“神經(jīng)再生室”可以促進(jìn)神經(jīng)再生的理念逐步深入人心,。上世紀(jì)90年代后,，隨著組織工程概念的提出和相關(guān)技術(shù)爆發(fā)式的發(fā)展，使用組織工程技術(shù)構(gòu)建人工神經(jīng)支架,，并不斷改良支架結(jié)構(gòu)和再生微環(huán)境成為新的發(fā)展方向,。
組織工程神經(jīng)研究的核心即“支架材料＋種子細(xì)胞”構(gòu)建成高度仿神經(jīng)的三維結(jié)構(gòu)復(fù)合體。經(jīng)過(guò)多年的探索,，越來(lái)越多源于天然或者人工合成的組織工程神經(jīng)支架被應(yīng)用于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)并取得了良好的修復(fù)效果,。這些材料在結(jié)構(gòu)上具有高度仿生的3D孔徑,、良好的生物相容性，可降解且具有一定的機(jī)械強(qiáng)度,。而在制造原料的選擇上也從最初不可降解的人工合成材料逐漸發(fā)展為可完全降解且無(wú)免疫源性的天然材料,，例如膠原蛋白、殼聚糖以及細(xì)胞軟骨素等細(xì)胞外基質(zhì)成分,。
我們團(tuán)隊(duì)從2003年開始研究,，結(jié)合冰凍干燥技術(shù)和冰晶形成理論，以膠原蛋白為主要成分,，成功制備出具有軸向平行排列微管樣結(jié)構(gòu)的仿真神經(jīng)支架,。支架橫截面成蜂巢狀，縱截面為大量平行微管排列,，微管結(jié)構(gòu)中間有互相溝通的孔隙。該支架是在重力和溫度梯度的影響下,，沿溫度梯度方向形成冰晶,，再在冰凍干燥過(guò)程中冰晶升華而生成的一種軸向三維多孔狀支架。由此我們獲得兩項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利,，并獲得陜西省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)和國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)各一項(xiàng),。
穿上“皮膚衣”神經(jīng)細(xì)胞長(zhǎng)得快
神經(jīng)細(xì)胞與支架材料的相互作用也是研究的主要領(lǐng)域，因?yàn)檫@是神經(jīng)軸突穿越缺損階段的基礎(chǔ),。細(xì)胞必須與材料發(fā)生適當(dāng)?shù)酿じ讲拍苓M(jìn)行遷移,、分化和增殖。無(wú)論在體外還是體內(nèi),，直接也是最先與組織細(xì)胞相接觸并發(fā)生作用的是材料表面,，因此細(xì)胞與材料表面的黏附相當(dāng)重要。
當(dāng)周圍神經(jīng)損傷后使用組織工程神經(jīng)支架進(jìn)行橋接手術(shù)修復(fù)時(shí),，神經(jīng)軸突需要等待雪旺細(xì)胞在局部的大量增生,，分泌細(xì)胞外基質(zhì)蛋白，形成Bungner帶,，指引并促進(jìn)“生長(zhǎng)錐”爬行穿越支架,。但雪旺細(xì)胞在局部的增生和細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的分泌都需要時(shí)間。以層粘連蛋白為例,，有研究發(fā)現(xiàn),，在損傷3天后局部層粘連蛋白的表達(dá)才有所上升，30天達(dá)到高峰,。在這段時(shí)間里,，周圍神經(jīng)生長(zhǎng)錐有可能發(fā)生萎縮或者形成神經(jīng)瘤，直接影響了后期的修復(fù)效果,。只有表面經(jīng)過(guò)蛋白分子修飾并在組成成分上模擬Bungner帶的支架材料,，才有可能使神經(jīng)再生軸突在第一時(shí)間與支架材料接觸,、黏附繼而沿軸向爬行穿越缺損階段。
我們將層粘連蛋白(LN)和纖維連接蛋白(FN)兩種蛋白通過(guò)靜電吸附和分層包裹的方法均勻穩(wěn)定地覆蓋在支架內(nèi)部軸向微管表面,，經(jīng)過(guò)表面修飾的支架材料在組成成分以及功能上進(jìn)一步模擬Bungner帶對(duì)神經(jīng)軸突的導(dǎo)向和促進(jìn)作用,，從而使再生從完成橋接手術(shù)、神經(jīng)斷端與支架材料接觸就開始發(fā)生,，大大提高了再生的效率和成功率,。從修復(fù)大鼠坐骨神經(jīng)結(jié)果可以看出，再生效果接近自體神經(jīng)移植組,，相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在《Injury》和《Regenerative Medicine》雜志上,。
目前在美國(guó)，已有多種組織工程神經(jīng)支架走出實(shí)驗(yàn)室,，走向臨床應(yīng)用,，對(duì)于末梢較細(xì)小的外周神經(jīng)的短節(jié)段（20mm）再生取得了接近自體神經(jīng)移植的效果，但對(duì)于較粗大的外周神經(jīng)以及更長(zhǎng)再生距離目前臨床報(bào)道較少,，再生成功率相對(duì)較低,。隨著生物材料學(xué)的不斷創(chuàng)新以及工業(yè)技術(shù)不斷推陳出新，諸如導(dǎo)電性納米碳管和3D打印技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)不斷在組織工程領(lǐng)域應(yīng)用嘗試,，或許在不遠(yuǎn)的明天,，外周神經(jīng)的修復(fù)再生不再是困擾人類健康的難題。
