Advanced Healthcare Materials:新型海绵填充式导管用于修复周围神经缺损

周围神经损伤后导致患者感觉和运动功能受损,由于神经组织结构和功能的复杂性,严重者若不及时治疗将导致终身问题。神经导管(NGC)作为一种能引导周围神经再生的支架被广泛研究,中空结构的NGC修复神经缺损的效果有限,通过在NGC管腔内引入具有仿生结构的纤维、海绵、水凝胶等基质可以对再生轴突起到趋触性引导作用,从而实现促进神经修复的目的。目前多数研究将胶原、壳聚糖、明胶等天然高分子或聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)等聚酯类高分子作为腔内填充基质构建神经导管。细菌纤维素(BC)作为新型天然高分子,由于具有高比表面积、超细纤维网状结构、良好的生物相容性等特性被广泛用于生物医学领域,但是在组织工程支架方面鲜有报道,将其用于修复神经缺损的研究则更少。

武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室王欣宇课题组将氧化细菌纤维素-胶原(OBC-COL)复合支架作为聚乳酸-羟基乙酸(PLGA)导管的内填充基质,仿生构建了新型海绵填充式神经导管(ISF-NGC)并分析了该导管的理化性能,进一步将其植入大鼠体内进行坐骨神经10 mm缺损修复。相关结果以“Repairing Transected Peripheral Nerve Using a Biomimetic Nerve Guidance Conduit Containing Intraluminal Sponge Fillers”为题,在线发表在Advanced Heathcare Materials(DOI: 10.1002/adhm.201900913)上。

单一的中空导管难以达到理想的神经修复效果,其原因可能是NGC的结构和材料组成与天然细胞外基质(ECM)的差别较大,缺乏能有效引导轴突再生的结构和成分。该课题组将静电纺丝法制备的PLGA纳米纤维支架作为外导管,同时将冷冻干燥法制备的OBC-COL复合支架作为腔内填充基质,共同构建了新型复合神经导管。其中ISF-NGC的外管具有良好的力学性能及适宜的孔隙率和孔径大小,能为神经再生提供有力的支撑和营养物质的交换。内填充基质具有类似ECM的三维多孔连通结构,有助于再生轴突的长入和延伸。将ISF-NGC植入大鼠体内8周后外管仍保持结构完整性,而内填充基质已全部降解。组织学评价表明ISF-NGC组中再生神经纤维的大小、数量和分布与自体神经移植组相似,髓鞘成熟度明显优于中空导管组(H-NGC),并与自体神经移植组无明显差异。神经功能恢复情况表明ISF-NGC组大鼠在第8周后实现良好的活动状态,SFI值接近自体移植组。腓肠肌恢复情况表明,ISF-NGC组肌纤维横截面积比H-NGC组多1.7倍,而胶原纤维面积比H-NGC组少30%,说明在坐骨神经再生和恢复过程中,ISF-NGC更有利于缓解肌肉萎缩的症状。综合多项神经再生与功能重建的评价证实ISF-NGC能有效引导神经再生并促进神经修复过程,其中腔内海绵式填充基质发挥了关键作用。这种新型海绵填充式神经导管将有望进一步修复长段距离的神经缺损,同时为后续的科学研究和临床使用提供新的选择。