CN101366980A - 双层编织神经导管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双层编织神经导管，其特征在于，由聚乙交酯－丙交酯编织成的外层管壁和聚乙交酯－丙交酯蓬松平行纱构成的内层管壁组成。本发明还提供了上述双层编织神经导管的制备方法，其特征在于，具体步骤为：将聚乙交酯－丙交酯纱线编织于芯棒上；在90～105℃定型2～5min，用无水乙醇清洗，在90～100℃定型1～2min；将聚乙交酯－丙交酯编织层从芯棒上退下，在2.5－3wt％壳聚糖浆液中浸渍30－40分钟，自然晾干，在－50－－40℃冷冻干燥2－3小时；将聚乙交酯－丙交酯蓬松平行纱线穿入到芯棒取出后留下的空隙中。本发明的优点是其可桥接缺损距离长，神经再生质量好、速度快，力学性能好。

Description

双层编织神经导管及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种双层编织神经导管及其制备方法，属于生物医用材料及组织工程技术领域。

背景技术

神经导管是用生物或非生物的材料预制成管状结构用于引导受损神经生长的支架。它桥接于神经断端间，用于修复神经损伤。目前，国内外用于人工神经导管可生物降解吸收材料主要为聚乳酸(PLA)、壳聚糖(chitosan)、胶原(collagen)、聚羟基乙酸(PGA)、聚磷腈(polyphosphazenes)及它们的共聚物等，原因在于这些材料来源广泛，价格便宜；可生物降解，对神经组织无毒害作用。另外，随着人们对周围神经再生的细胞与分子机制的深入研究，人们逐渐认识到神经导管不仅仅要作为神经再生的临时通道，更重要的是应具有促进轴突再生的生物学活性。目前关于周围神经导管的研究热点是增强导管的生物活性，其主要方法是在神经导管内加入生活活性物质，改善神经再生的微环境，提高轴突再生速度。具体方法包括(1)在神经导管内植入雪旺细胞，(2)导管内含有可缓慢释放的神经营养因子；(3)在导管内加入细胞外基质成份；(4)联合应用上述两种以上的方法提高神经导管的活性。

超高分子量外消旋聚乳酸(PDLLA)是目前周围神经组织工程应用最广泛的一种可降解材料，具有良好的生物相容性。王身国等在“组织工程及周围神经修复—III.聚d，1-乳酸管诱导神经修复的研究”(中国科学B辑，2001，31(2)，109-144)中提出用聚乳酸管修复大鼠10mm缺损坐骨神经的桥接，结果表明：聚乳酸管能够有效地桥接神经缺损，适时地降解和吸收，且对神经周围组织无排异反应。同时它既有利于神经轴突的再生，又能减轻周围组织对神经修复的影响，从而为神经缺损的修复提供较好的“微环境”，达到与用神经移植修复相近的修复效果。但聚乳酸作为导管材料存在降解速率难控制、降解后酸性产物可引起细胞损伤和无菌性炎症，因此单一的聚乳酸材料不能很好的满足要求，往往需要复合一些其他材料。

匡勇等在“几丁质及几丁糖于雪旺细胞相容性的实验研究[J]”(中国修复重建外科杂志，1998，12：90-93)一文中指出几丁质及几丁糖对体外培养的雪旺细胞具有良好的生物相容性，几丁糖对雪旺细胞的相容性优于几丁质。顾晓松等“人工组织神经移植物修复狗坐骨神经缺损的实验研究[J]”(自然科学进展，2002，12(4)：381-386)中提出用壳聚糖制成多孔的、便于物质交换和血管长入的导管，管腔内放置有利于雪旺细胞和神经突起有序导向生长的聚乙醇酸支架。该材料目前存在的问题是脆性较高，当管壁较薄时易碎裂塌陷。如果管壁过厚，则会延长吸收时间，并且可能会对再生神经产生局部压迫作用。

为了让受损神经能与外界进行物质和信息交换，近年来高渗透的、多孔的神经导管受到了重视。李青峰等“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)中提出，通过研究全通透性的(孔径10μm以上)、半通透性的(孔径10μm以下)和无孔的3种壳聚糖基导管，结果认为半通透性的为最佳。不仅能允许红细胞、氧气、小分子营养物质通过，阻隔了不利成分进入导管中，其局部微环境利于神经的再生。此外，还有人制备多层的胶原膜管，使机械强度有很大的提高，以及填有胶原海绵的PGA管等。并有实验指出聚羟基丁酸盐可以用于较长距离的神经缺损。

目前，很多研究表明，生物降解型高分子，可以自由设计神经导管的结构，并获得良好的神经修复效果。Lundborg在“Bioartificial nerve grafts：A prototype”(Scand J Plast Rencostr Hand Surg，1996，30：105)中提出了“内在支架”的概念，将一些高分子合成纤维细丝置入神经导管腔内，形成内在支架，起到稳定基质桥的作用。随后，Hadlock在“A tissue-engineered conduit for peripheral nerve repair”(Arch Otolaryngol Head Neck Surg，1998；124：1081)一文中又提出了“管中管”的设想来模拟神经束结构，以解决感觉神经束和运动神经束对合的问题。在国内，戴传昌在“用组织工程方法桥接周围神经缺损的实验研究”(中华外科杂志，2000，38：388-390)中提出了构建聚羟基乙酸支架，这种支架具有纵向平行排列、立体构型的纤维条索，雪旺细胞爬满纤维条索以后，用它修复大鼠15mm坐骨神经缺损疥近于自体神经移植。还有人研究了非管状、非纤维状的结构。Toba的论文“Regeneration of canine peroneal nerve with the use of a polyglycolicacid-collagen tube filled with laminin-soaked collagen sponge:a comparative study ofcollagen sponge and collagen fibers as filling materials for nerve conduits[J]”(JBiomed Mater，2001，58(6)：622-630)中提出用聚乙醇酸和胶原制成复合材料导管，分别将层粘连蛋白浸泡过的海绵状胶原和纤维状胶原充填其中。

目前，国内东华大学实现了用编织机制作可降解性人造神经导管：(1)良好的塑型性；(2)操作简便；(3)在神经再生过程中能维持形状不塌陷，再生完成后能降解；(4)管壁有一定的通透性，以利于神经营养因子的输送和代谢产物的交换，促进神经的生长。东华大学张俊峰等已对其编织结构及纱线选择等进行了深入研究，选出了较适宜的纱线原料，并研究得出了最佳编织结构；刘国华等已对编织所用的聚乙交酯-丙交酯(PGLA)材料的拉伸力学性能和生物相容性作了深入研究，并经过一系列实验表明，编织型PGLA可降解神经再生导管已经具备必要的力学性能和降解性能，并在大鼠和狗的体内试验成功；娄琳等继续选用PGLA材料进行编织，并等离子处理等方式对神经导管的性能进行改进。

在此基础上，编织神经导管在增大神经导管可桥接缺损的距离、提高神经再生的质量和速度方面还存在明显的不足。由于神经趋化和接触引导是神经再生的两大原理，神经缺损距离越长，接触引导就越困难，所以长距离缺损是一个难以解决的问题。以上不足不仅存在于编织神经导管，而是整个组织工程神经导管领域共同面临的难题。如何设计出能够促使周围神经快速有效再生的神经导管模型，是很多专家学者面临的重要任务。

发明内容

本发明的目的是提供一种编织神经导管，其可桥接缺损距离长，神经再生质量好、速度快。

本发明的另一个目的是提供上述编织神经导管的制备方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种双层编织神经导管，其特征在于，由聚乙交酯-丙交酯编织成的外层管壁和聚乙交酯-丙交酯蓬松平行纱构成的内层管壁组成。

本发明还提供了上述双层编织神经导管的制备方法，其特征在于，具体步骤为：

步骤1.将聚乙交酯-丙交酯纱线编织于芯棒上形成外层管壁；

步骤2.在90～105℃定型2～5min，用无水乙醇清洗，在90～100℃定型1～2min；

步骤3.聚乙交酯-丙交酯编织成的外层管壁从芯棒上退下，在2.5-3wt％壳聚糖浆液中浸渍30-40分钟，自然晾干，在-50--40℃冷冻干燥2-3小时；

步骤4.将聚乙交酯-丙交酯蓬松平行纱线构成的内层管壁穿入到芯棒取出后留下的空隙中。

本发明克服了现有的编织神经导管的缺点和不足，提供了一种新的制备编织神经导管的思路和方法。本发明提供的双层编织神经导管的外管壁具有较好的通透性，既能防止纤维结缔组织的侵入，也利于管内外营养物质和代谢产物的交换；内层有较好的通道，这些通道不仅可以定向引导轴突生长，还可通过预置活性细胞来促进神经再生；内层结构还为细胞的粘附和生长提供了较好的载体、为物质交换提供了适宜的环境。通过体外细胞复合实验，初步证实本发明的双层编织神经导管具有较好的细胞相容性，有利于细胞的粘附和生长。

本发明具有以下优点：

1.蓬松平行纱起到了内在支架的作用，有利于引导神经生长，增大神经导管可桥接缺损的距离，提高神经生长质量和速度；

2.改善了神经导管的力学性能，导管强力增加了约150％，压缩性能提高了约20％。并且通过蓬松纱的控制，可以较方便地调节孔隙率到所需值。

具体实施方式

下面结合实施例来具体说明本发明。

实施例1

一种双层编织神经导管，由聚乙交酯-丙交酯编织成的外层管壁和聚乙交酯-丙交酯蓬松平行纱构成的内层管壁组成。

上述双层编织神经导管由以下方法制备：将聚乙交酯-丙交酯纱线编织于芯棒上形成外层管壁；在90℃定型2min，用无水乙醇清洗，在90℃定型1min；将聚乙交酯-丙交酯编织成的外层管壁从芯棒上退下，在2.5wt％壳聚糖浆液中浸渍30分钟，自然晾干，在-50℃冷冻干燥2小时；将聚乙交酯-丙交酯蓬松平行纱线构成的内层管壁穿入到芯棒取出后留下的空隙中。

实施例2

一种双层编织神经导管，由聚乙交酯-丙交酯编织成的外层管壁和聚乙交酯-丙交酯蓬松平行纱构成的内层管壁组成。

上述双层编织神经导管由以下方法制备：将聚乙交酯-丙交酯纱线编织于芯棒上形成外层管壁；在105℃定型5min，用无水乙醇清洗，在100℃定型2min；将聚乙交酯-丙交酯编织成的外层管壁从芯棒上退下，在3wt％壳聚糖浆液中浸渍40分钟，自然晾干，在-40℃冷冻干燥3小时；将聚乙交酯-丙交酯蓬松平行纱线构成的内层管壁穿入到芯棒取出后留下的空隙中。

实施例3

一种双层编织神经导管，由聚乙交酯-丙交酯编织成的外层管壁和聚乙交酯-丙交酯蓬松平行纱构成的内层管壁组成。

上述双层编织神经导管由以下方法制备：将聚乙交酯-丙交酯纱线编织于芯棒上形成外层管壁；在100℃定型3.5min，用无水乙醇清洗，在95℃定型1.5min；将聚乙交酯-丙交酯编织成的外层管壁从芯棒上退下，在2.8wt％壳聚糖浆液中浸渍35分钟，自然晾干，在-45℃冷冻干燥2.5小时；将聚乙交酯-丙交酯蓬松平行纱线构成的内层管壁穿入到芯棒取出后留下的空隙中。

实施例1-3的双层编织神经导管的性能测试如下：

1.孔隙率的测量与比较：与孔隙率相当的概念是“相对密度”，它是多孔体表观密度与对应致密材质密度的比值。在实验中采用以下公式计算孔隙率：

$K=(1-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{\γ}})\×100\%=(1-\frac{{\mathrm{\ρ}}^{*}}{{\mathrm{\ρ}}_S})\×100\%$

式中K为孔隙率，ρ_r为相对密度(无量纲的小数)，ρ^*为神经导管的表观密度(g/cm³)，ρ_S为神经导管的实际密度(g/cm³)。

其中，神经导管的实际密度采用比重瓶法测量密度方法获得。

传统单层编织神经导管和实施例1-3中双层编织神经导管的孔隙率见下表：

由表中数据可以看出，从实际密度来看，本发明的编织神经导管的实际密度小于以往的单层编织型神经导管，导管密度的降低有利于增强细胞生长过程中的氧气通透性。从孔隙率来看，两种材料的孔隙率相当，都在80％左右(由于实验中误差的存在，不能从微小的差异中断定孔隙率哪一种更好)，均满足神经导管中细胞生长的要求。同时实现了，在降低导管密度的同时不影响导管的孔隙率。解决了以往研究中孔隙率与导管密度之间的矛盾。

2.拉伸性能比较：

实验仪器：WDW-20微机控制万能材料试验机，拉伸速度：20mm/min，夹持间距：20mm，试样长度：60mm。若将导管直接夹持在夹头上，由于导管两边被压扁而在夹持端口处易产生应力集中，因此在夹持板两侧首先粘着中间带凹口的硬板，在导管两端各插一段钢棒，保证导管在夹口处夹紧并且不产生变形，以消除应力集中对导管强力的影响。

传统单层编织神经导管和实施例1-3的双层编织神经导管的拉伸性能见下表：

上表是在导管破坏10％的条件下所获得的数据。导管内层的加入有利于提高导管的强力；由于本发明内层为平行纱线，变形能力较差，因此断裂伸长较小。但对于强力为350N的神经导管来说，6mm的断裂伸长已满足神经导管的应用条件。因此，新型编织型神经导管的拉伸性能较单层导管有一定的提高。

3.扭转性能比较

实验仪器：扭转强力测试仪，预定常量：90度，扭转方式：定角度测试标准大气条件下(20℃±2℃，RH65％±2％)进行测试。传统单层编织神经导管和实施例1-3中双层编织神经导管的不同角度的扭转性能比较见下表：

与单层编织神经导管相比，本发明的双层编织神经导管在70度之前主要是外层受力扭转，70度之后，内层的蓬松平行纱起作用，并且抗扭转能力呈现加强趋势。而单层编织神经导管在70度之后，抗扭转能力呈现明显的下降趋势。

4.降解百分率及压缩性能变化

据资料显示，有一些导管在实验过程中出现轻微的塌陷现象，严重影响了神经的生长。因此，有必要对导管在降解过程中的径向压缩性能的变化进行研究。PGLA降解后为酸性，会影响体内的酸碱平衡，因此需要对于神经导管降解后的PH值进行测量。

传统单层编织神经导管和实施例1-3中双层编织神经导管体外降解四周后的失重率和PH值见下表：

体外降解实验过程中，本发明的双层编织神经导管的降解速度略大于单层神经导管的降解速度，未涂层的蓬松纱对降解有一定的促进作用。

传统单层编织神经导管和实施例1-3中双层编织神经导管体外降解实验过程中的压缩性能变化(弹性回复损失率％)见下表：

其中，压缩性能变化测试中采用如下的实验参数：温度25℃，湿度65％，反复次数5次，压缩速度6mm/min，压缩距离为导管初始直径的50％。

从体外降解过程中的压缩性能变化可见，第一周时，壳聚糖涂层溶液对神经导管的强力具有一定的保护作用。两周后可以明显地看出本发明的双层编织神经导管的力学损失较小。因此本发明的双层编织神经导管与原有的单层神经导管相比，有较好的力学性能。

Claims (2)

1.一种双层编织神经导管，其特征在于，由聚乙交酯-丙交酯编织成的外层管壁和聚乙交酯-丙交酯蓬松平行纱构成的内层管壁组成。

2.如权利要求1所述一种双层编织神经导管的制备方法，其特征在于，具体步骤为：

步骤1.将聚乙交酯-丙交酯纱线编织于芯棒上形成外层管壁；

步骤2.在90～105℃定型2～5min，用无水乙醇清洗，在90～100℃定型1～2min；

步骤3.聚乙交酯-丙交酯编织成的外层管壁从芯棒上退下，在2.5-3wt％壳聚糖浆液中浸渍30-40分钟，自然晾干，在-50--40℃冷冻干燥2-3小时；

步骤4.将聚乙交酯-丙交酯蓬松平行纱线构成的内层管壁穿入到芯棒取出后留下的空隙中。