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)細胞打造“神經(jīng)再生室”就成了組織工程神經(jīng)研究科學家的重要任務(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1000萬條,，連接起來的總長度超過30萬公里，約為地球赤道周長的7倍以上,。它像一張無形的大網(wǎng)覆蓋了人體的每一個部位,。我們?nèi)祟愖鳛檫@個星球上最復雜的高等生物，無論是具有“眼觀六路,，耳聽八方”的豁達,，還是具有“靜若處子，動若脫兔”的身手，抑或是人人都有的“七情六欲”,，每天都會嘗到的“酸甜苦辣咸”等,，都與神經(jīng)系統(tǒng)的功能密不可分,。生命體對外界的一切感知以及相對應(yīng)做出的反應(yīng)都基于神經(jīng)系統(tǒng)復雜而龐大的存在,。
然而神經(jīng)系統(tǒng)又是容易受傷的。統(tǒng)計顯示,，外周神經(jīng)損傷發(fā)生比例遠高于中樞神經(jīng)損傷發(fā)生比例,，在平時約占全部創(chuàng)傷的1.5%～4%。近年來,，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,，如運動機能障礙、感覺機能障礙以及肌肉萎縮等,，一直是醫(yī)患無法回避的難題,。
對于短節(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,。但對于長節(jié)段的神經(jīng)缺損（＞5cm），臨床上無法進行無張力縫合,，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)域修復損傷神經(jīng),。但這種“拆東墻補西墻”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,。因此長節(jié)段周圍神經(jīng)缺損始終是困擾臨床醫(yī)師的問題之一。
搭好支架引導神經(jīng)再生
上世紀80年代,，瑞典學者Lundborg受前人研究啟發(fā),，將醫(yī)用硅膠管套在實驗鼠神經(jīng)兩斷端上，希望對神經(jīng)的再生有所幫助,。這一在當時看來極為匪夷所思的行為卻帶來了意想不到的再生效果,。神經(jīng)軸突可以優(yōu)先長向遠側(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”可以促進神經(jīng)再生的理念逐步深入人心。上世紀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＋種子細胞”構(gòu)建成高度仿神經(jīng)的三維結(jié)構(gòu)復合體,。經(jīng)過多年的探索,，越來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)用于動物實驗并取得了良好的修復效果。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械強度。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免疫源性的天然材料,，例如膠原蛋白,、殼聚糖以及細胞軟骨素等細胞外基質(zhì)成分。
我們團隊從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,。由此我們獲得兩項國家發(fā)明專利,，并獲得陜西省科技進步一等獎和國家科技進步二等獎各一項。
穿上“皮膚衣”神經(jīng)細胞長得快
神經(jīng)細胞與支架材料的相互作用也是研究的主要領(lǐng)域,，因為這是神經(jīng)軸突穿越缺損階段的基礎(chǔ),。細胞必須與材料發(fā)生適當?shù)酿じ讲拍苓M行遷移、分化和增殖,。無論在體外還是體內(nèi),，直接也是最先與組織細胞相接觸并發(fā)生作用的是材料表面，因此細胞與材料表面的黏附相當重要,。
當周圍神經(jīng)損傷后使用組織工程神經(jīng)支架進行橋接手術(shù)修復時,，神經(jīng)軸突需要等待雪旺細胞在局部的大量增生，分泌細胞外基質(zhì)蛋白,，形成Bungner帶,，指引并促進“生長錐”爬行穿越支架。但雪旺細胞在局部的增生和細胞外基質(zhì)蛋白的分泌都需要時間,。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才有所上升,，30天達到高峰,。在這段時間里，周圍神經(jīng)生長錐有可能發(fā)生萎縮或者形成神經(jīng)瘤，直接影響了后期的修復效果,。只有表面經(jīng)過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)過表面修飾的支架材料在組成成分以及功能上進一步模擬Bungner帶對神經(jīng)軸突的導向和促進作用，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,，已有多種組織工程神經(jīng)支架走出實驗室，走向臨床應(yīng)用,，對于末梢較細小的外周神經(jīng)的短節(jié)段（20mm）再生取得了接近自體神經(jīng)移植的效果,，但對于較粗大的外周神經(jīng)以及更長再生距離目前臨床報道較少，再生成功率相對較低,。隨著生物材料學的不斷創(chuàng)新以及工業(yè)技術(shù)不斷推陳出新,，諸如導電性納米碳管和3D打印技術(shù)等先進技術(shù)不斷在組織工程領(lǐng)域應(yīng)用嘗試，或許在不遠的明天,，外周神經(jīng)的修復再生不再是困擾人類健康的難題,。
