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蘇大李剛教授/王曉沁教授/塔夫茨大學(xué)David Kaplan院士團(tuán)隊(duì)Acta Biomater.: 蠶絲/鎂絲復(fù)合編織神經(jīng)導(dǎo)管
2022-03-24  來(lái)源：高分子科技

  周圍神經(jīng)修復(fù)術(shù)是一種常見(jiàn)但具有極大挑戰(zhàn)性的手術(shù)治療方法，其中自體神經(jīng)移植方法是修復(fù)神經(jīng)缺損的“金標(biāo)準(zhǔn)”。然而，由于自體供體神經(jīng)匹配困難且來(lái)源有限，供體區(qū)域因二次手術(shù)容易引起感染、疤痕及神經(jīng)瘤等并發(fā)癥發(fā)生率高，并且異體神經(jīng)移植存在交叉感染、疾病傳播和免疫排異反應(yīng)等問(wèn)題，因此，臨床治療上對(duì)神經(jīng)替代治療方案有巨大需求。醫(yī)學(xué)和材料研究人員不斷尋找合適的人造神經(jīng)移植材料來(lái)代替、引導(dǎo)和促進(jìn)神經(jīng)再生，幫助神經(jīng)功能恢復(fù)和重建。


  蘇州大學(xué)現(xiàn)代絲綢國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室李剛教授、王曉沁教授和美國(guó)塔夫茨大學(xué)David Kaplan院士團(tuán)隊(duì)合作，選用蠶絲和鎂絲復(fù)合編織成導(dǎo)管內(nèi)層，選用絲素蛋白和殼聚糖經(jīng)過(guò)梯度冷凍干燥技術(shù)開發(fā)了一種具有梯度孔隙結(jié)構(gòu)導(dǎo)管外層、具有優(yōu)良生物力學(xué)性能的復(fù)合神經(jīng)導(dǎo)管。如圖1所示，該神經(jīng)導(dǎo)管的制備過(guò)程簡(jiǎn)單高效和綠色環(huán)保。該神經(jīng)導(dǎo)管在8周的大鼠坐骨神經(jīng)移植手術(shù)中表現(xiàn)優(yōu)良，具有促進(jìn)神經(jīng)再生和修復(fù)的作用。該項(xiàng)工作以“Porous nerve guidance conduits reinforced with braided composite structures of silk/magnesium filaments for peripheral nerve repair”為題發(fā)表在國(guó)際期刊Acta Biomaterialia上（DOI: 10.1016/j.actbio.2021.07.028）。蘇州大學(xué)碩士研究生張淑軍（現(xiàn)就讀哈爾濱工業(yè)大學(xué)博士生）、蘇州大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心王婧為共同第一作者，美國(guó)國(guó)家工程院院士、美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生研究院首席科學(xué)家、美國(guó)塔夫茨大學(xué)David Kaplan教授、蘇州大學(xué)王曉沁教授和李剛教授為共同通訊作者。該工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)“紡織之光”項(xiàng)目以及江蘇高校中外合作辦學(xué)平臺(tái)項(xiàng)目支持。 


 
圖1 S/Mg-SF/CS 神經(jīng)導(dǎo)管的制造工藝示意圖及神經(jīng)修復(fù)性能的生物學(xué)評(píng)價(jià)方法：生物相容性材料、適當(dāng)?shù)奈锢頇C(jī)械指導(dǎo)和合適的生物微環(huán)境是促進(jìn)受損神經(jīng)功能恢復(fù)的關(guān)鍵因素。       



圖2 S/Mg-SF/CS 神經(jīng)導(dǎo)管的物理化學(xué)性質(zhì)表征：該神經(jīng)導(dǎo)管的抗壓強(qiáng)度達(dá)到2.8±0.2N，并在大鼠6周的皮下植入中證明了其在體內(nèi)的可持續(xù)的生物力學(xué)性能。 



圖3 構(gòu)建Sprague-Dawley（SD）大鼠坐骨神經(jīng)缺損10 mm修復(fù)模型：在8周的大鼠坐骨神經(jīng)移植手術(shù)中，腓腸肌作為與運(yùn)動(dòng)和感覺(jué)功能相關(guān)的靶向肌肉，NGCs組達(dá)到自體組的83.5%。 



圖4  S/Mg-SF/CS 神經(jīng)導(dǎo)管植入大鼠模型樣本中神經(jīng)再生的生物學(xué)分析，Mg離子參與了人體300多種基本生化反應(yīng)，包括ATP、DNA和蛋白質(zhì)的合成，合適濃度的Mg離子改善了大鼠的神經(jīng)修復(fù)和損傷，同時(shí)補(bǔ)充Mg離子可改善創(chuàng)傷后鈍性損傷大鼠的神經(jīng)功能和記憶，Mg離子刺激酪氨酸激酶，對(duì)神經(jīng)元代謝有積極作用；Mg還能防止中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后的細(xì)胞死亡。



圖5 S/Mg-SF/CS 神經(jīng)導(dǎo)管植入大鼠模型樣本中遠(yuǎn)端再生神經(jīng)髓鞘的 TEM 圖：NGC兩端的神經(jīng)端口生長(zhǎng)良好，透射鏡(TEM)觀察再生神經(jīng)遠(yuǎn)端時(shí)，自體移植物與S/Mg-SF/CS組遠(yuǎn)端髓鞘直徑和厚度無(wú)顯著差異，說(shuō)明本研究中S/Mg-SF/CS神經(jīng)導(dǎo)管促進(jìn)了受損神經(jīng)的生長(zhǎng)，提供了適當(dāng)?shù)奈锢頇C(jī)械指導(dǎo)，提示該方法在人工神經(jīng)移植中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

 

  上述研究結(jié)果表明，該團(tuán)隊(duì)開發(fā)的神經(jīng)導(dǎo)管具有力學(xué)性能優(yōu)良、生物相容性好以及能夠有效促進(jìn)神經(jīng)再生功能，具有神經(jīng)外科應(yīng)用的潛在價(jià)值。該工作是團(tuán)隊(duì)近期關(guān)于神經(jīng)導(dǎo)管相關(guān)研究的最新進(jìn)展之一（Bioactive Materials, 2022, 11: 57-76；紡織學(xué)報(bào), 2022, 43(2):125-131），該項(xiàng)研究目前已經(jīng)獲得多項(xiàng)中國(guó)發(fā)明專利授權(quán)和申請(qǐng)了國(guó)際PCT專利。

 

  論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.actbio.2021.07.028

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