新型再生室 帮损伤神经重生

　　通过冷冻干燥技术制备的仿生支架外观为圆柱状结构（如左图），可以根据修复需要制作不同直径和长度。

　　支架横截面为直径较为均一的多孔蜂巢状结构（如上图），孔径可以根据需要调整。纵截面为轴向平行排列的微管状结构，与外周神经纤维排列结构相似，可以为神经纤维再生提供通道。 

 
　　早期的研究发现，缺损的神经有再生潜能，但其潜能激发需要理想的微环境，于是为缺损神经细胞打造“神经再生室”就成了组织工程神经研究科学家的重要任务。

 

　　神经系统一旦损伤后患多

　　据估算，人体的各种神经数量超过1000万条，连接起来的总长度超过30万公里，约为地球赤道周长的7倍以上。它像一张无形的大网覆盖了人体的每一个部位。我们人类作为这个星球上最复杂的高等生物，无论是具有“眼观六路，耳听八方”的豁达，还是具有“静若处子，动若脱兔”的身手，抑或是人人都有的“七情六欲”，每天都会尝到的“酸甜苦辣咸”等，都与神经系统的功能密不可分。生命体对外界的一切感知以及相对应做出的反应都基于神经系统复杂而庞大的存在。

　　然而神经系统又是容易受伤的。统计显示，外周神经损伤发生比例远高于中枢神经损伤发生比例，在平时约占全部创伤的1.5%～4%。近年来，随着家用汽车等各种交通工具的快速增加，以及建筑业和制造加工业的高速发展，各种外伤导致的外周神经损伤发病率居高不下。而神经损伤后的一系列后遗症，如运动机能障碍、感觉机能障碍以及肌肉萎缩等，一直是医患无法回避的难题。

　　对于短节段神经缺损，临床一般采取神经断端直接吻合，神经外膜或者神经束膜缝合的方法。但对于长节段的神经缺损（＞5cm），临床上无法进行无张力缝合，目前的治疗方法主要是将未损伤区域的自体神经移植到损伤区域修复损伤神经。但这种“拆东墙补西墙”的方法获取自体神经需要二次手术，而且可供移植的神经来源有限，移植术后可造成供区神经功能损失等。因此长节段周围神经缺损始终是困扰临床医师的问题之一。

　　搭好支架引导神经再生

　　上世纪80年代，瑞典学者Lundborg受前人研究启发，将医用硅胶管套在实验鼠神经两断端上，希望对神经的再生有所帮助。这一在当时看来极为匪夷所思的行为却带来了意想不到的再生效果。神经轴突可以优先长向远侧神经断端，具有明显的趋化特性。此后，构建“神经再生室”可以促进神经再生的理念逐步深入人心。上世纪90年代后，随着组织工程概念的提出和相关技术爆发式的发展，使用组织工程技术构建人工神经支架，并不断改良支架结构和再生微环境成为新的发展方向。

　　组织工程神经研究的核心即“支架材料＋种子细胞”构建成高度仿神经的三维结构复合体。经过多年的探索，越来越多源于天然或者人工合成的组织工程神经支架被应用于动物实验并取得了良好的修复效果。这些材料在结构上具有高度仿生的3D孔径、良好的生物相容性，可降解且具有一定的机械强度。而在制造原料的选择上也从最初不可降解的人工合成材料逐渐发展为可完全降解且无免疫源性的天然材料，例如胶原蛋白、壳聚糖以及细胞软骨素等细胞外基质成分。

　　我们团队从2003年开始研究，结合冰冻干燥技术和冰晶形成理论，以胶原蛋白为主要成分，成功制备出具有轴向平行排列微管样结构的仿真神经支架。支架横截面成蜂巢状，纵截面为大量平行微管排列，微管结构中间有互相沟通的孔隙。该支架是在重力和温度梯度的影响下，沿温度梯度方向形成冰晶，再在冰冻干燥过程中冰晶升华而生成的一种轴向三维多孔状支架。由此我们获得两项国家发明专利，并获得陕西省科技进步一等奖和国家科技进步二等奖各一项。

　　穿上“皮肤衣”神经细胞长得快

　　神经细胞与支架材料的相互作用也是研究的主要领域，因为这是神经轴突穿越缺损阶段的基础。细胞必须与材料发生适当的黏附才能进行迁移、分化和增殖。无论在体外还是体内，直接也是最先与组织细胞相接触并发生作用的是材料表面，因此细胞与材料表面的黏附相当重要。

　　当周围神经损伤后使用组织工程神经支架进行桥接手术修复时，神经轴突需要等待雪旺细胞在局部的大量增生，分泌细胞外基质蛋白，形成Bungner带，指引并促进“生长锥”爬行穿越支架。但雪旺细胞在局部的增生和细胞外基质蛋白的分泌都需要时间。以层粘连蛋白为例，有研究发现，在损伤3天后局部层粘连蛋白的表达才有所上升，30天达到高峰。在这段时间里，周围神经生长锥有可能发生萎缩或者形成神经瘤，直接影响了后期的修复效果。只有表面经过蛋白分子修饰并在组成成分上模拟Bungner带的支架材料，才有可能使神经再生轴突在第一时间与支架材料接触、黏附继而沿轴向爬行穿越缺损阶段。

　　我们将层粘连蛋白(LN)和纤维连接蛋白(FN)两种蛋白通过静电吸附和分层包裹的方法均匀稳定地覆盖在支架内部轴向微管表面，经过表面修饰的支架材料在组成成分以及功能上进一步模拟Bungner带对神经轴突的导向和促进作用，从而使再生从完成桥接手术、神经断端与支架材料接触就开始发生，大大提高了再生的效率和成功率。从修复大鼠坐骨神经结果可以看出，再生效果接近自体神经移植组，相关研究结果发表在《Injury》和《Regenerative Medicine》杂志上。

　　目前在美国，已有多种组织工程神经支架走出实验室，走向临床应用，对于末梢较细小的外周神经的短节段（20mm）再生取得了接近自体神经移植的效果，但对于较粗大的外周神经以及更长再生距离目前临床报道较少，再生成功率相对较低。随着生物材料学的不断创新以及工业技术不断推陈出新，诸如导电性纳米碳管和3D打印技术等先进技术不断在组织工程领域应用尝试，或许在不远的明天，外周神经的修复再生不再是困扰人类健康的难题。