CN102048595B

CN102048595B - 具有高度取向管中管结构的可降解神经导管及其制备方法

Info

Publication number: CN102048595B
Application number: CN2010105984367A
Authority: CN
Inventors: 杨庆; 邵梅玲; 郯志清; 沈新元; 张佩华; 陈璐; 王碧桥
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2030-12-21
Also published as: CN102048595A

Abstract

本发明涉及一种具有高度取向管中管结构的可降解神经导管及其制备方法，包括外层管状基材和内部小管，制备方法包括：(1)将可降解材料溶解到氯仿中，在加入致孔剂，搅拌均匀后浇铸到模具中，待氯仿挥发后进行真空干燥，去除模具后用去离子水反复冲洗，洗去致孔剂后便得到高空隙率的外层管状基材；(2)将可降解材料溶解于有机溶剂中，配成纺丝原液后注入到注射器中，在推进泵的作用下进行静电纺丝，将纤维膜在的模具上卷曲成管状结构小管；(3)将小管置入外层管状基材的预留置管腔内，并固定，消毒即得。本发明的产品生物相容性良好，可应用于周围神经系统的修复；而且生产成本低，制备方法简单，具有广阔的应用前景。

Description

具有高度取向管中管结构的可降解神经导管及其制备方法

技术领域

本发明属可降解神经导管及其制备领域，特别是涉及一种具有高度取向管中管结构的可降解神经导管及其制备方法。

背景技术

周围神经的损伤大致可以分为断端间无缺损损伤和断端间有缺损两类。对于断端间无缺损损伤目前主要是采用外膜吻合、束膜吻合等手术方法直接进行吻合修复。但是对于断端间有缺损的损伤来说，由于其断端神经胶质和神经外围结缔组织的增生均会阻碍再生神经纤维的向前生长，从而会使再生组织到达不了原位而失去功能。因此对断端间有损伤的周围神经的修复是目前医学界面临的一个主要难题，也是各国科学家的研究热点。

十九世纪末，首先由Cluck通过采用脱骨钙制成了骨性管来桥接神经缺损部位，进行神经修复，利用导管来修复神经缺损的研究不断进行。包括Weiss在1944年提出的利用无缝合线导管化的方法来修复神经损伤的概念，以及20世纪70年代后期逐渐发展起来的人工神经移植技术，即采用生物材料来制备神经导管，并在导管内腔中营造神经生长的微环境，引导并促进神经再生。

近年来，随着组织工程技术的发展，采用组织工程学的基本原理和方法，根据神经再生的生物学特性，制备具有良好生物相容性的载体物质作为神经导管来修复周围神经的损伤以成为主要研究方向。通过神经导管桥接修复周围神经损伤，就是用生物或非生物材料制成的导管桥接周围神经损伤断端，为损伤的神经再生提供再生室。其优点在于：一方面，由于神经再生没有穿透性，在生长过程中若遇到障碍则生长会马上终止，神经导管为神经再生提供了一个无障碍的通道，可以防止周围结缔组织的侵入和疤痕的形成；另一方面，神经导管有利于保持内源性和外源性的神经营养因子、生长因子等能够促进突触生长的刺激物质。也就是说，利用神经导管的方法来修复周围神经损伤的机理就是为神经再生营造一个适宜的“微环境”。

近些年来，研究人员发明了各种类型的神经导管，主要有非神经组织导管、非生物降解神经导管以及可生物降解神经导管，简单介绍如下：Zhang等人【Zhang，Miqin et al，Nanofibrous conduits for nerve regeneration，U.S.Pat.No.404879】发明了一种壳聚糖/PCL中空纤维并加入神经生长因子，以促进受损神经再生，利用静电纺丝技术并用旋转圆柱形接收器作为其接收装置即可得到管状结构；Dellon等人【Dellon et al，Bioabsorbable surgicaldevice for treating nerve defects，U.S.Pat.No.4870966】发明了一种用针织或编织方法制备的柔软、多孔的可降解网状神经导管，导管设计成卷曲状；Goldspink【Goldspink et al，Repairofnerve damage，U.S.Pat.No.09/852,261】设计了一种神经导管，其中添加了一定量对细胞没有毒害的机械生长因子和胰岛素生长因子，并以PHB为基质材料，混入胶原蛋白或丝素蛋白并加入生长因子以促进轴突生长；Li【Li，Multi-layered，semi-permeable conduit for nerveregeneration，U.S.Pat.No.4,963,146；Li，Multi-layered，semi-permeable conduit for nerveregeneration comprised of type 1 collagen，its method of manufacture and a method of nerveregeneration using said conduit，U.S.Pat.No.5,026,381】发明的神经导管管壁是由多层半渗透I型胶原组成的，管壁中孔洞尺寸在0.006～5微米之间，据称这些孔洞可选择性地允许神经元因子通过而阻止纤维性细胞穿越。

国内的研究人员也在研制神经导管这一方面做出了巨大的贡献：敖强等人【敖强等，一种神经组织工程管状支架及其制备方法：200410009259.9[P].2004-06-25】发明了一种神经组织工程管状支架，该状支架由壳聚糖管壁和具有轴向多通道的生物来源填充基质组成，且各通道间具有相互连通的微孔；张菁等人【张菁等，可促进神经再生的复合胶原神经导管及其中空湿法纺丝成形方法；200410099205.6[P].2004-12-29】公开了一种可促进神经再生的复合胶原神经导管及其中空湿法纺丝成形方法；徐国风【徐国风，生物型神经导管：200510120792.7[P].2005-12-20】公开了一种生物型神经导管及其制备方法，它由经过非醛类固定剂交联固定和活泼试剂及强氢键试剂去除抗原处理的动物膜材制成的薄壁管体和固定在管壁上的由前述方法处理的动物膜材裁成的细长片条螺旋盘绕粘合而成的螺旋支架组成；吴琼等人【吴琼等，一种神经导管支架及其制备方法：200910001598.5[P].2009-01-15】提供了一种神经导管支架，其由聚羟基脂肪酸酯构成，所述神经导管支架的内壁为致密小孔状结构，外壁为疏松大孔结构；范存义等人【范存义等，一种神经导管及其制备方法和用途：200810208123.9[P].2008-12-29】公开了一种神经导管及其制备方法和用途，所述神经导管由“壳-芯”结构纳米纤维构成，芯层含有生物活性成分，壳层为生物可降解材料，其中生物活性成分是神经营养因子。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有管中管结构的神经导管及其制备方法，该神经导管具有较好的神经生长导向性，同时能够起到输送养分的作用；制备方法操作简单，成本低，对环境友好，经济效益高。

本发明的一种具有高度取向管中管结构的可降解神经导管，包括外层管状基材和内部小管，所述的内部小管以4-10根套入外层管状基材中，并使用胶黏剂固定内部小管，外层管状基材的直径为3～8mm，小管内径为1～3mm。

所述神经导管的长度为10～100mm。

本发明的一种具有高取向度管中管结构的可降解神经导管的制备，包括下列步骤：

(1)外层管状基材的制备：取可降解材料溶解到氯仿中，配置成质量分数为6％-8％的聚合物溶液，再在上述溶液中加入通过筛分法获得的致孔剂，搅拌使其均匀分布后，浇铸到模具中，待氯仿挥发后真空干燥，得到具有预留置管腔的无孔外层管状基材；去除模具，用去离子水反复冲洗上述无孔外层管状基材，洗去致孔剂后便得到高空隙率的外层管状基材；

(2)小管的静电纺制备：将可降解材料溶解于有机溶剂中，用磁力搅拌器搅拌使之充分溶解，配成质量分数为5％～15％的纺丝原液；将上述纺丝原液注入到注射器中，在推进泵的作用下进行静电纺丝，射流速度为1.0～2.0mL/h，施加电压值为10～20kv，接收距离为15～25cm；静电纺结束后，取下纤维膜，在内径为1-3mm的模具上卷曲成管状结构小管；

(3)取4-10根上述小管置入(1)所得的外层管状基材的预留置管腔内，并用胶黏剂进行固定，消毒后，即得。

所述的外层管状基材是采用溶剂浇铸/粒子沥滤法制得的具有较高孔隙率的导管，作为神经导管的骨架结构；内部小管是采用可降解高分子材料通过静电纺丝法制成的高比表面积、高孔隙率、高取向度的三维网络结构。

所述的神经导管其外管的制备时通过将可降解高分子材料溶解到可挥发性溶剂中，并均匀混入无机致孔剂，浇铸到适当的模具中真空干燥成型，随后水洗去除致孔剂；所用的致孔剂选自NaCl、CaCO₃、NH₄HCO₃中的一种或几种，其颗粒大小为100-500μm；致孔剂质量分数为聚合物溶液的10％～15％。

所述的神经导管其内部小管是通过将高分子材料溶解后进行静电纺丝制得的亚微米级纤维，然后将其在模具上卷绕成管状结构。

所述的神经导管其内部小管的制备在静电纺丝过程中，采用滚筒式接收装置，转速最高可到达20000rpm，从而提高其取向度。

所述的神经导管其外管的制备中的可降解材料为聚羟基丁酸-羟基戊酸共聚物(PHBV)、聚己内酯(PCL)、聚乳酸(PLA)、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)中的一种或几种。

所述的神经导管其内部小管的制备中的可降解材料采用合成高分子材料与天然高分子材料共混纺丝，这样的纤维不仅具有适度的强度和弹性，还具有良好的生物相容性，有利于血旺细胞的生长，同时还具有适宜的降解速度；上述合成高分子材料为聚羟基丁酸-羟基戊酸共聚物(PHBV)、聚乳酸(PLA)、聚羟基脂肪酸(PHA)或聚己内酯(PCL)，上述天然高分子材料为壳聚糖或胶原蛋白。

所述的神经导管其内部小管的制备中的有机溶剂选自四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、丙酮、氯仿、三氟乙酸、六氟异丙醇中的一种。

所述的神经导管将小管置入外管中后，采用丙烯酸酯作为胶黏剂，从而保持管中管结构的稳定性。

所述的神经导管的制备中，步骤(3)中用钴60照射消毒。

通过调整外管成型过程中加入的致孔剂的尺寸和数量可调控神经导管外壁的孔洞尺寸以及孔隙率；通过调节静电纺丝过程中的工艺参数的设定可以控制神经导管内部小管纤维直径、壁厚、密度、空隙率、孔洞尺寸等结构参数。

本发明的管中管结构的神经导管可应用于周围神经系统的修复。

有益效果

(1)本发明的神经导管外层管状基材是通过溶剂浇铸/粒子沥滤法制得，通过控制致孔剂的尺寸、数量及形态可以很方便地控制外层管状基材的孔隙率、孔洞尺寸及孔洞形态，在起到导向、输送养分作用的同时还是再造神经的组织工程支架；

(2)本发明的神经导管内部小管的管壁材料是采用静电纺丝制得的亚微米级纤维毡，采用高分子材料与天然高分子材料共混纺丝得到的纤维不仅具有适度的强度和弹性，还具有良好的生物相容性，同时利用高速滚筒式接收装置能提高纤维取向性，有利于对细胞生长进行导向，同时可输送养分；

(3)本发明的制备方法操作简单，成本低，对环境友好，经济效益高；

(4)本发明的神经导管可在严重受损断裂并很难通过外科手术进行缝合的神经两端架起一座桥梁，起到促进受损神经再生修复的作用，可生物降解，有广阔的市场前景。

附图说明

图1：外管模具示意图；

图2：管中管结构的神经导管截面示意图；

图3：小管管壁高取向纳米纤维扫描电镜图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

(1)将PHBV与PLGA(50∶50)以2∶1的质量比溶于三氯甲烷中，配制质量分数为6％的聚合物溶液；搅拌至澄清无混浊，加入颗粒大小为300μm的NaCl为致孔剂，使NaCl的质量分数为10％；混合均匀后将聚合物溶液浇铸到内径为3mm，具有4通道的圆柱形模具中制取外层管状基材，浇铸过程重复多次；抽真空后取下模具，待溶剂挥发完全后用去离子水反复冲洗管状基材以去除致孔剂，最后真空干燥至恒温，得到高空隙率外层管状基材。该外层管状基材直径为3mm，具有4通道。

(2)将PHBV与壳聚糖以50∶50的质量比溶于三氟乙酸中，配制5％的聚合物溶液，磁力搅拌至澄清无混浊；将共混溶液导入注射器中，在推进泵的推动下进行静电纺丝，电压为15kv，射流速度为1mL/h，接收距离为20cm，接收滚筒的转速为2500rpm。将静电纺丝薄膜在直径为1mm的心轴模具上进行卷绕，卷成三维管状结构，制成神经导管的内部小管。

(3)将4根内部小管中植入到外层管状基材预留置的腔体内，并用丙烯酸酯为胶黏剂使其结构稳固。对所制得的神经导管用钴60照射消毒，最后包装。

实施例2

(1)将PHBV与PCL以2∶1的质量比溶于三氯甲烷中，配制质量分数为8％的聚合物溶液；搅拌至澄清无混浊，加入颗粒大小为300μm的NH₄HCO₃为致孔剂，NH₄HCO₃的质量分数为10％；混合均匀后将聚合物溶液浇铸到内径为4mm，具有7通道的圆柱形模具中制取外层管状基材，浇铸过程重复多次；抽真空后取下模具，待溶剂挥发完全后先用酸洗数次，再用去离子水反复冲洗管状基材以去除致孔剂，最后真空干燥至恒温，得到高空隙率外层管状基材。该外层管状基材直径为4mm，具有7通道。

(2)将PHBV与胶原蛋白以75∶25的质量比溶于六氟异丙醇中，配制10％的聚合物溶液，磁力搅拌至澄清无混浊；将共混溶液导入注射器中，在推进泵的推动下进行静电纺丝，电压为18kv，射流速度为1mL/h，接收距离为20cm，接收滚筒的转速为2500rpm。将静电纺丝薄膜在直径为1mm的心轴模具上进行卷绕，卷成三维管状结构，制成神经导管的内部小管。

(3)将7根内部小管中植入到外层管状基材预留置的腔体内，并用丙烯酸酯为胶黏剂使其结构稳固。对所制得的神经导管用钴60照射消毒，最后包装。

实施例3

(1)将PCL与PLGA(50∶50)以1∶1的质量比溶于三氯甲烷中，配制质量分数为8％的聚合物溶液；搅拌至澄清无混浊，加入颗粒大小为300μm的NH₄HCO₃为致孔剂，NH₄HCO₃的质量分数为10％；混合均匀后将聚合物溶液浇铸到内径为5mm，具有6通道的圆柱形模具中制取外层管状基材，浇铸过程重复多次；抽真空后取下模具，待溶剂挥发完全后先用酸洗数次，再用去离子水反复冲洗以去除致孔剂，最后真空干燥至恒温，得到高空隙率外层管状基材。该外层管状基材直径为5mm，具有6通道。

(2)将PHBV与胶原蛋白以50∶50的质量比溶于六氟异丙醇中，配制成12％的聚合物溶液，磁力搅拌至澄清无混浊；将共混溶液导入注射器中，在推进泵的推动下进行静电纺丝，电压为20kv，射流速度为1.2mL/h，接收距离为20cm，接收滚筒的转速为3000rpm。将静电纺丝薄膜在直径为2mm的心轴模具上进行卷绕，卷成三维管状结构，制成神经导管的内部小管。

(3)将6根内部小管中植入到外层管状基材预留置的腔体内，并用丙烯酸酯为胶黏剂使其结构稳固。对所制得的神经导管用钴60照射消毒，最后包装。

实施例4

(1)将PHBV、PCL、PLGA(50∶50)以2∶2∶1的质量比溶于三氯甲烷中，配制质量分数为8％的聚合物溶液；搅拌至澄清无混浊，加入颗粒大小为300μm的NaCl为致孔剂，NaCl的质量分数为15％；混合均匀后将聚合物溶液浇铸到直径为8mm，具有4通道的圆柱形模具中制取外层管状基材，浇铸过程重复多次；抽真空后取下模具，待溶剂挥发完全后用去离子水反复冲洗管状基材以去除致孔剂，最后真空干燥至恒温，得到高空隙率外层管状基材。该外层管状基材直径为5mm，具有4通道。

(2)将PHBV与胶原蛋白以25∶75的比例溶于六氟异丙醇中，配制成15％的聚合物溶液，磁力搅拌至澄清无混浊；将共混溶液导入注射器中，在推进泵的推动下进行静电纺丝，电压为20kv，射流速度为1.2mL/h，接收距离为20cm，接收滚筒的转速为20000rpm。将静电纺丝薄膜在直径为3mm的心轴模具上进行卷绕，卷成三维管状结构，制成神经导管的内部小管。

Claims

1.一种具有高取向度管中管结构的可降解神经导管的制备方法，包括下列步骤：

（1）取可降解材料溶解到氯仿中，得到质量分数为6%-8%的聚合物溶液；再在上述溶液中加入致孔剂，搅拌使其均匀分布后，浇铸到模具中，待氯仿挥发后真空干燥，得到具有预留置管腔的无孔外层管状基材；去除模具，用去离子水反复冲洗上述无孔外层管状基材，洗去致孔剂后便得到具有预留置管腔的高孔隙率外层管状基材；

（2）将可降解材料溶解于有机溶剂中，用磁力搅拌器搅拌，配成质量分数为5%～15%的纺丝原液；将纺丝原液注入到注射器中，在推进泵的作用下进行静电纺丝，射流速度为1.0～2.0mL/h，施加电压值为10～20kv，接收距离为15～25cm；静电纺丝结束后，取下纤维膜，在内径为1-3mm的模具上卷曲成管状结构小管；

（3）取4-10根上述小管置入步骤（1）所得的高孔隙率外层管状基材的预留置管腔内，并用胶黏剂进行固定，消毒后，即得。

2.根据权利要求1所述的具有高取向度管中管结构的可降解神经导管的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所用的致孔剂选自NaCl、CaCO₃、NH₄HCO₃中的一种或几种，致孔剂质量分数为聚合物溶液的10%～15%。

3.根据权利要求1所述的具有高取向度管中管结构的可降解神经导管的制备方法，其特征在于：步骤（2）中的有机溶剂选自四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺DMF、丙酮、氯仿、三氟乙酸、六氟异丙醇中的一种。

4.根据权利要求1所述的具有高取向度管中管结构的可降解神经导管的制备方法，其特征在于：步骤（2）中静电纺丝过程采用滚筒式接收装置，转速为20000rpm。