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

  周圍神經(jīng)修復(fù)術(shù)是一種常見但具有極大挑戰(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)等問題，因此，臨床治療上對神經(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)移植材料來代替、引導(dǎo)和促進神經(jīng)再生，幫助神經(jīng)功能恢復(fù)和重建。


  蘇州大學(xué)現(xiàn)代絲綢國家工程實驗室李剛教授、王曉沁教授和美國塔夫茨大學(xué)David Kaplan院士團隊合作，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)管的制備過程簡單高效和綠色環(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，具有促進神經(jīng)再生和修復(fù)的作用。該項工作以“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)實驗動物中心王婧為共同第一作者，美國國家工程院院士、美國國家衛(wèi)生研究院首席科學(xué)家、美國塔夫茨大學(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。該工作得到了國家重點研發(fā)計劃、中國紡織工業(yè)聯(lián)合會“紡織之光”項目以及江蘇高校中外合作辦學(xué)平臺項目支持。 


 
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)評價方法：生物相容性材料、適當(dāng)?shù)奈锢頇C械指導(dǎo)和合適的生物微環(huán)境是促進受損神經(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)管的抗壓強度達到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，腓腸肌作為與運動和感覺功能相關(guān)的靶向肌肉，NGCs組達到自體組的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，同時補充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端再生神經(jīng)髓鞘的 TEM 圖：NGC兩端的神經(jīng)端口生長良好，透射鏡(TEM)觀察再生神經(jīng)遠端時，自體移植物與S/Mg-SF/CS組遠端髓鞘直徑和厚度無顯著差異，說明本研究中S/Mg-SF/CS神經(jīng)導(dǎo)管促進了受損神經(jīng)的生長，提供了適當(dāng)?shù)奈锢頇C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)用價值。

 

  上述研究結(jié)果表明，該團隊開發(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神經(jīng)再生功能，具有神經(jīng)外科應(yīng)用的潛在價值。該工作是團隊近期關(guān)于神經(jīng)導(dǎo)管相關(guān)研究的最新進展之一（Bioactive Materials, 2022, 11: 57-76；紡織學(xué)報, 2022, 43(2):125-131），該項研究目前已經(jīng)獲得多項中國發(fā)明專利授權(quán)和申請了國際PCT專利。

 

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

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（責(zé)任編輯：xu）
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