李 玢, 郝立君

综 述

不同神经导管材料的研究进展

李 玢, 郝立君

神经导管； 神经再生； 生物材料

神经损伤是外伤后造成的严重损伤，由于成熟的神经元失去分裂与复制的能力，使得周围神经损伤后的恢复效果很不理想，成为临床常见的致残性疾病。近年来，随着外科技术的进步，尤其是显微外科的飞速发展，使得通过手术方法修复外周神经缺损成为可能。周围神经的损伤包括断端间无缺损损伤和有缺损损伤。对于无缺损损伤，目前主要采用外膜、束膜吻合等手术方法进行直接修复。神经缺损超过其直径的4倍以上被认为是长节段缺损，临床上很难在无张力情况下进行断端直接吻合，需要通过移植自体次重要神经来桥接修复损伤的主要神经断端[1]。但是，由于感觉与运动神经元在大小、形态、排列方式等方面存在差异，其雪旺细胞的形态也不完全一致，导致临床应用感觉神经修复纯运动神经和混合神经的效果不是十分理想。此外，受移植神经选择的限制、供区的损伤、神经的失配、局部神经瘤的形成、瘢痕及感染的风险和二次手术的不可避免等，都限制了自体神经移植术的临床应用[2-3]。相比而言，异体神经取材方便，容易保存，在粗大或长段神经缺损时应用较多，但异体神经组织含有高度抗原性的树突状细胞，使得同种异体神经和异种异体神经的移植存在免疫排斥反应和传染疾病的风险[4]。

自从20世纪90年代G Lundborg利用硅胶管修复神经缺损获得成功以来，神经导管用来修复神经缺损的优势逐渐被人们认识和接受。其管状物桥接周围神经损伤断端的原理推测：①提供神经再生必备的通道，减轻神经吻合张力，引导神经向目的部位的生长方向；②限制肌成纤维细胞的渗入，抑制神经瘤和瘢痕的形成，减少神经侧支的再生。同时，黏附支持细胞，富集神经营养因子、生长因子等促神经生长物质，为损伤神经提供其再生的“微环境”[5-8]。笔者总结近年来不同材料的应用范围及优势，并对未来神经导管的研究方向作一综述。

1 生物衍生材料

多种生物衍生材料可用于桥接神经导管，包括静脉、动脉、肌腱腱管、羊膜管、脐带血管、硬脊膜、小肠黏膜下层、骨骼肌桥接体等。使用它们的主要理论依据是，这些组织都含有基底膜，与雪旺细胞基底膜相似，为雪旺细胞的迁入提供了有利环境；同时基底膜更是天然的半通透性材料，内含粘连蛋白、纤维蛋白和胶原等促进轴突生长的成分，并含有大量细胞营养因子可以促进神经再生。然而，这些生物材料机械力差，易塌陷，修复受损神经长度有限，易与周围组织粘连产生瘢痕，临床应用受到限制。对此，向其添加其他材料或使用处理后的生物材料，均可以取得更好的修复效果[9-11]。

1.1 静脉

在众多生物衍生材料中，以静脉修复神经效果最佳。静脉来源广泛，取材容易，对供区影响小，无免疫风险；管壁薄，利于营养物质的弥散。研究证实，将静脉翻转后修复神经缺损的效果要优于直接静脉修复，原因是静脉外膜分布大量雪旺细胞和丰富的营养物质，又无静脉瓣的阻碍，翻转后这些物质可以直接与新生轴突相接触，促进其生长[12]。

1.2 其他

小肠黏膜下层是无细胞的细胞外基质，在异体宿主中无明显排斥反应；结构类似结缔组织的细胞外基质，可以促进组织重塑；来源广泛，有诱导机体抵抗感染的作用。肌肉移植技术包括将骨骼肌进行预处理和直接将新鲜骨骼肌制作基底膜支架修复神经缺损。人羊膜是天然高分子材料，含有生长因子等多种营养物质，经脱细胞处理后的羊膜是理想的支架材料[13-14]。

2 不可降解材料

主要成分为二甲基硅氧烷聚合物的医用硅胶，因其较佳的生理惰性、硬度、弹性和良好的塑形性等，曾是最早和最广泛应用的神经导管材料。其他不可降解材料，还有聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、丙烯腈-氯乙烯共聚物等。这些材料所制成的神经导管，虽然可以提供离断神经良好的再生环境，在短距离的神经缺损中也有一定效果，但因其长期存在于人体，会引起局部炎症、慢性神经压迫等并发症，需要二次手术取出导管。现主要用于科学实验。

3 可降解材料

3.1 天然可降解材料

3.1.1 多糖类 壳聚糖又称脱乙酰几丁质，是甲壳素脱乙酰而成的天然阳离子多糖，自然界中广泛存在于甲壳纲动物(如虾蟹、昆虫)的骨骼和外壳中，含量仅次于纤维素。壳聚糖在人体内可被降解为单糖而完全吸收，并具有良好的生物相容性和可加工性，是制备神经导管的良好材料。研究表明，壳聚糖不仅与雪旺细胞具有良好的生物相容性，还可以结合细胞外黏附分子，促进神经细胞和血管内皮细胞的生长，并可以抑制纤维化，避免形成瘢痕组织，具有预防粘连，抑菌抗炎，抗肿瘤，促进伤口愈合的作用。但壳聚糖在干燥状态下脆性较高，单纯应用时导管壁容易塌陷，因此，人们尝试在壳聚糖的基础上复合其他材料进行改进，如壳聚糖-聚乙烯醇复合材料等，通过添加各种可以促神经再生的物质来协同修复神经损伤[15-17]。

氨基葡聚糖是一类含有己糖胺和糖醛酸的杂多糖，包括硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸角质素、肝素和透明质酸等。其中透明质酸结构疏松，富含亲水性基团，有利于细胞的迁移及增殖，因此，局部应用被认为可以促进外周神经的再生[18]。

3.1.2 胶原 胶原是生物体内结缔组织的主要支持蛋白，主要成分为甘氨酸、脯氨酸、丙氨酸等氨基酸，是重要的细胞外基质。目前已发现19种类型的胶原，其中Ⅰ型胶原来源广泛，易分离纯化，且性能优良，被广泛用于生物材料。由Ⅰ型牛胶原制备的神经导管已经商品化并应用于临床，其中NeuraGen是第一个以半渗透性Ⅰ型胶原为材料制成的神经导管，于2001年得到美国食品药品监督管理局(FDA)的认可。通过对近年来的临床应用病例分析，认为NeuraGen对20 mm以下神经缺损的修复有效，而且在临床中修复神经缺损可以达到40 mm[19]。此外，EU-approved Revolnerv作为一种由猪皮中Ⅰ+Ⅲ型胶原所制备的神经导管，也成功地修复了大鼠10 mm长的外周运动神经缺损[20]。

胶原是细胞外基质的主要成分，具有较高的生物学活性，其纤维状的结构有利于细胞的黏附、增殖和分化。纯化的胶原抗原性很低，经酶作用后更显著降低。然而，胶原降解快，机械强度差，应用前需对其性质进行改变。物理交联方法(如热交联、紫外光照射、γ射线照射)生物相容性好，但交联度较差；而化学交联方法能有效地提高胶原的交联度和机械性能，但会引入有毒的交联剂而导致不良反应发生[21-23]。

3.1.3 丝素 蚕丝在医学领域长期作为外科缝线的材料。丝素蛋白是一种纤维状蛋白，来源于蚕丝的内层，主要由18种氨基酸组成，与人体角质及胶原组成结构相似。研究表明，丝素具有良好的吸水性和成膜性，在高湿状态下也可保持良好的形态及柔韧性，且丝素上带正电的精氨酸易于吸附细胞。多孔丝素导管被认为是修复神经缺损的良好材料。从人体毛发、指甲等提取出的角蛋白和其他蛋白，也被用作是临床修复神经缺损所用导管的新材料[24]。

3.1.4 其他 纤维素具有良好的组织相容性，被认为是可行的神经导管材料；明胶及人体毛发提取出的角蛋白等，也是被用于临床修复神经缺损的新导管材料。

3.2 人工合成材料

脂肪族聚酯是合成生物材料中研究最多、应用最广的生物可降解高分子。聚乳酸(PLA)和聚乙醇酸(PGA)都是三羧酸循环的中间代谢产物，在体内最终降解为二氧化碳和水，组织相容性好，容易加工，且已经通过FDA的认证应用于促进神经再生的研究。应用中发现，PLA在降解过程中会释放酸性产物，导致患者出现非特异性无菌性炎症；将碱性物质与其聚合后，可代偿降解过程中的PH下降。而PGA在体内降解速度过快，因此，临床更多使用二者的共聚物聚羟基乙酸(PLGA)，并通过调节二者的组成比来调控导管的降解速率和机械性能。除此以外，聚羟基丁酸酯(PHB)、聚己内酯(PCL)、聚羟基烷基酸酯、聚三亚甲基碳酸酯(PTMC)、聚磷腈、聚左旋乳酸-聚乙酸内酯(PLLA-PCL)等材料，均可通过适当地设计达到临床使用要求；除脂肪族聚酯外，聚苯胺、聚天冬氨酸等也已相继研发成功[25-29]。

4 讨论与展望

选择可降解的天然或人工材料制备神经导管，已获得现今科学工作者的广泛共识，而组织工程学和材料学的发展，又极大丰富了神经导管材料的选择，并证实适宜的导管结构、表面性状、内部填充材料，更可以优化神经再生的效果。随着对神经导管研究的不断深入，其理想的神经再生支架应包含：①良好的生物相容性。其材料本身及降解产物应无炎性反应、无毒副作用，无致畸作用，抗原性小。②良好的生物降解性及适宜的降解速率。导管在体内应可以达到完全降解，但降解速率过快会失去桥接神经的作用，过慢则会造成神经卡压，影响其功能。因此，最适宜的降解速率应以神经的再生类型、位置、长度密切相关，即与轴突再生相匹配。有报道，在大鼠坐骨神经模型中，10 mm间距的神经再生时间需要2～3个月，所以，要求神经导管保持通畅3个月左右再降解，其降解速率可以人为调控到最佳。③三维立体多孔结构。为尽可能模拟神经束膜的结构，导管内部多填充微丝状或海绵状物质，作为引导雪旺氏细胞迁移和神经轴突生长的通道，而最佳的微丝直径为80～120 μm。导管壁多设计为双层结构，外层为大孔结构，其提供必要强度，同时可使毛细血管和纤维组织长入，以提供营养；内层则为紧密结构，可起到防止结缔组织长入的屏障作用。此外，神经导管内径应略大于损伤神经的直径；在足够力学支撑情况下，采用尽可能薄的导管。李青峰等认为，采用孔径为10～100 μm的半通透性导管来修复神经缺损，效果最佳。它允许红细胞、氧气、小分子营养物质通过，阻隔不利成分进入导管中，其局部微环境利于神经再生；导管的孔隙率最佳为75%[30]。④合适的力学性能。包括机械强度和柔韧性，可塑性强。⑤良好的表面生物活性，有利于雪旺细胞的黏附增殖和神经的再生。⑥保证神经修复所需的营养供应，即提供种子细胞或神经营养因子。⑦制备容易，操作简单，消毒方便[31]。

总之，符合条件的可降解材料，设计合理的导管结构，加上外界细胞、细胞外基质、促神经生长因子等的联合作用，既可以提供神经再生的桥梁，又可优化再生神经的质量，无疑将成为未来神经导管研究的热点和方向。但是也不可否认，再好的神经桥接物修复水平也难以超过自体神经的移植效果，对于长段神经的缺损，目前临床上仍以自体神经移植修复作为金标准。再者商品化的神经导管成本普遍偏高，尤其在国内，高昂的价格限制了它的推广应用，其临床疗效也有待进一步观察。因此，未来新型神经导管的制备材料，除了可以最大限度地模拟神经的再生环境外，其成本的降低以及规模化生产后的应用前景等，均需要进一步地研究。

[1] 何 波, 朱庆棠, 刘小林. 周围神经移植物的临床应用进展[J]. 中华显微外科杂志, 2010,33(3):256-261.

[2] Koh HS, Yong T, Teo WE, et al. In vivo study of novel nanofibrous intra-luminal guidance channels to promote nerve regeneration[J]. J Neural Eng, 2010,7(4):046003.

[3] Moradzadeh A, Borschel GH, Luciano JP, et al. The impact of motor and sensory nerve architecture on nerve regeneration[J]. Exp Neurol, 2008,212(2):370-376.

[4] Zhang Z, Dong H, Meng L, et al. A modified rat model of acute limb allograft rejection[J]. Transplant Proc, 2011,43(10):3987-3993.

[5] Lundborg G, Dahlin LB, Danielsen N, et al. Nerve regeneration in silicone chambers: influence of gap length and of distal stump components[J]. Exp Neurol, 1982,76(2):361-375.

[6] Daly W, Yao L, Zeugolis D, et al. A biomaterials approach to peripheral nerve regeneration: bridging the peripheral nerve gap and enhancing functional recovery[J]. J R Soc Interface, 2012,9(67):202-221.

[7] Jin J, Park M, Rengarajan A, et al. Functional motor recovery after peripheral nerve repair with an aligned nanofiber tubular conduit in a rat model[J]. Regen Med, 2012,7(6):799-806.

[8] Hsiang SW, Tsai CC, Tsai FJ, et al. Novel use of biodegradable casein conduits for guided peripheral nerve regeneration[J]. J R Soc Interface, 2011,8(64):1622-1634.

[9] Mohammadi R, Azizi S, Delirezh N, et al. Functional recovery of sciatic nerve through inside-out vein graft in rats[J]. Chin J Traumatol, 2011,14(1):46-52.

[10] Li Y, Gao Z, Wang Z, et al. Autogenous inside-out versus standard vein and skeletal muscle-combined grafting for facial nerve repair[J]. Neural Regen Res, 2010,5:282-286.

[11] Karagoz H, Ulkur E, Uygur F, et al. Comparison of regeneration results of prefabricated nerve graft, autogenous nerve graft, and vein graft in repair of nerve defects[J]. Microsurgery, 2009,29(2):138-143.

[12] 庄友梅. 神经导管材料应用于神经损伤修复的研究进展[J]. 广东牙病防治, 2012,20(11):605-608.

[13] 高 振, 王 华, 罗晓婷. 神经导管生物材料的研究与进展[J]. 中国组织工程研究与临床康复, 2007,11(31):6239-6243.

[14] 刁云锋, 商崇智. 神经导管生物材料在神经修复中的应用[J]. 中国组织工程研究与临床康复, 2011,15(34):6424-6427.

[15] Wang H, Zhao Q, Zhao W, et al. Repairing rat sciatic nerve injury by a nerve-growth-factor-loaded, chitosan-based nerve conduit[J]. Biotechnol Appl Biochem, 2012,59(5):388-394.

[16] Xie F, Li QF, Gu B, et al. In vitro and in vivo evaluation of a biodegradable chitosan-PLA composite peripheral nerve guide conduit material[J]. Microsurgery, 2008,28(6):471-479.

[17] Chiono V, Vozzi G, D′Acunto M, et al. Characterisation of blends between poly (ε-caprolactone) and polysaccharides for tissue engineering applications[J]. Materials Science and Engineering: C, 2009,29(7):2174-2187.

[18] Ozgenel GY. Effects of hyaluronic acid on peripheral nerve scarring and regeneration in rats[J]. Microsurgery, 2003,23(6):575-581.

[19] 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.

[20] Alluin O, Wittmann C, Marqueste T, et al. Functional recovery after peripheral nerve injury and implantation of a collagen gui-de[J]. Biomaterials, 2009,30(3):363-373.

[21] Bushnell BD, McWilliams AD, Whitener GB, et al. Early clinical experience with collagen nerve tubes in digital nerve rep-air[J]. J Hand Surg, 2008,33(7):1081-1087.

[22] Wangensteen KJ, Kalliainen LK. Collagen tube conduits in peripheral nerve repair: a retrospective analysis[J]. Hand, 2010, 5(3):273-277.

[23] Ahmed MR, Venkateshwarlu U, Jayakumar R. Multilayered peptide incorporated collagen tubules for peripheral nerve repair[J]. Biomaterials, 2004,25(13):2585-2594.

[24] Gu X, Ding F, Yang Y, et al. Construction of tissue engineered nerve grafts and their application in peripheral nerve regenerat-ion[J]. Prog Neurobiol, 2011,93(2):204-230.

[25] Chang KC, Tang TP, Hsu CK, et al. Methyl cellulose enhance gelatin membrane as guidance channels for peripheral nerve regeneration[J]. Biomedical Engineering: Applications, Basis and Communications, 2012,24(1):85-98.

[26] Apel PJ, Garrett JP, Sierpinski P, et al. Peripheral nerve regeneration using a keratin-based scaffold: long-term functional and histological outcomes in a mouse model[J]. J Hand Surg, 2008, 33(9):1541-1547.

[27] Gu J, Hu W, Deng A, et al. Surgical repair of a 30 mm long human median nerve defect in the distal forearm by implantation of a chitosan-PGA nerve guidance conduit[J]. J Tissue Eng Regen Med, 2012,6(2):163-168.

[28] Fan W, Gu J, Hu W, et al. Repairing a 35-mm-long median nerve defect with a chitosan/PGA artificial nerve graft in the human: a case study[J]. Microsurgery, 2008,28(4):238-242.

[29] Weber RA, Breidenbach WC, Brown RE, et al. A randomized prospective study of polyglycolic acid conduits for digital nerve reconstruction in humans[J]. Plast Reconstr Surg, 2000,106(5):1036-1045.

[30] 李青峰, 徐靖宏, 罗 敏, 等. 不同通透性壳聚糖生物膜复合导管修复周围神经缺损的实验研究[J]. 上海医学, 2000,23(7):390-392.

[31] Pabari A, Yang SY, Mosahebi A, et al. Recent advances in artificial nerve conduit design: strategies for the delivery of luminal fillers[J]. J Control Release, 2011,156(1):2-10.

150001 黑龙江 哈尔滨，哈尔滨医科大学附属第一医院 整形美容中心

李 玢(1987-)，女，黑龙江人，医师，硕士.

郝立君，150001，哈尔滨医科大学附属第一医院 整形美容中心，电子信箱：lijunhao368@163.com

10.3969/j.issn.1673-7040.2014.01.021

2013-11-06)