CN103637857A - 一种含取向纳米纤维神经束的神经移植物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种含取向纳米纤维神经束的神经移植物及其制备方法，它涉及高分子材料生物医用领域，所述的神经移植物中间是由纳米纤维束组成的“芯”(A)，外面是由取向层(B1)与无规纤维层(B2)组成的“鞘”(B)；纳米纤维束组成的“芯”(A)的直径为2-5mm，长度为3-15mm，纳米纤维束中的纤维直径为40-300nm；“鞘”(B)的长度为9-25mm；取向层(B1)由100-500nm平行排列的纤维组成，无规纤维层(B2)是由100-500nm的呈杂乱状排列的纤维组成。它工艺稳定，移植物尺寸可调，满足临床需要，生产效率提高，便于产业化，引导性能提高，方便利用，实用性增强。
Description
技术领域：
本发明涉及高分子材料生物医用领域，具体涉及一种含取向纳米纤维神经束的神经移植物及其制备方法。
背景技术：
神经断裂后，所有到达神经末端的信号将消失。如没有外科手术的重新连接，横断的神经将很难再生。因此，每年有数以万计的周围神经需要手术修复。如果神经被直接切断，可通过手术缝合，使“端与端”重新连接，恢复神经功能。然而，大多情况下，长距离的神经缺损，如果仅仅依靠手术缝合，容易在断端间产生张力，难以达到理想的治疗效果。在此情况下，只有选择神经移植物，“桥”接神经断端，引导再生轴突穿过受损区，最终实现神经功能的恢复。
自体神经移植一直被认为是神经修复的主要方法，它也被确认为神经移植的金标准，但研究人员更希望开发人工神经移植物。目前短距离的神经缺损，人工神经和自体神经均具有良好的修复效果。然而，在长距离的神经缺损修复时，自体神经修复较难进行。主要是自体神经需要另外的手术，对供区带来并发症，提高手术风险[Yannas IV，Hill BJ.Selection of biomaterials for peripheral nerveregeneration using data from the nerve chamber model.Biomaterials2004，25：1593-1600]。因此，人工神经特别受到人们的关注，它不仅能实现长距离的神经修复，关键是自体神经长成后可自行降解。
与传统微米级材料相比，纳米材料展现了获得理想神经细胞活性的能力，降低了某些对神经修复不利的细胞活性，如反应性胶质细胞活性[Justin T.Seil，Thomas J.Webster.Electrically activenanomaterials as improved neural tissue regeneration scaffolds，Nanomedicine and Nanobiotechnology，2010，2：635-647]。许多具有良好生物相容性和降解性的聚合物可以通过静电纺丝形成纳米级纤维，与细胞尺寸相当，在体内外神经再生的研究中，已被证明是非常有用的材料。另外，近来研究发现，取向纤维束能够提供引导信号，诱导轴突和神经胶质细胞表达高度极化表型。
大多数情况下，神经移植物被设计成中空管，以便于神经断端的嵌入与缝合。该管可以保护和支持再生神经组织。另外，通过封住受损神经，它也有助于神经组织的重排和神经因子的释放。但目前的神经移植物技术还面临着一些亟需解决的问题：
1、传统的神经移植物制备工艺不稳定，移植物尺寸不可调，难以满足临床需要；
2、由于静电纺丝的局限性，其纺丝速率较低，不利于制备技术产业化，如果直接通过转辊收集纳米纤维而形成管状支架，生产速度为8-10h/根，且其纤维取向与管状支架的轴向垂直，难以引导神经生长；
3、引导性能有待提高，受损神经与引导纤维的接触概率不高，不利于引导损伤神经生长，且外科手术缝合技术难度大，不实用。
发明内容：
本发明的目的是提供一种含取向纳米纤维神经束的神经移植物及其制备方法，它工艺稳定，移植物尺寸可调，满足临床需要，生产效率提高，便于产业化，引导性能提高，方便利用，实用性增强。
为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：所述的神经移植物中间是由纳米纤维束组成的“芯”A，外面是由取向层(内层)B1与无规纤维层(外层)B2组成的“鞘”B。纳米纤维束组成的“芯”A的直径为2-5mm，长度为3-15mm，纳米纤维束中的纤维直径为40-300nm，材料为合成高聚物：聚乳酸(PLA)、羟基乙酸与羟基丙酸共聚物(PLGA)、聚己内酯(PCL)、聚羟基乙酸(PGA)等中的一种或多种，也可由天然高聚物：丝素、明胶、层黏连蛋白、胶原蛋白、壳聚糖、弹性蛋白等中的一种或多种组成。“鞘”B的长度为9-25mm，材料为合成高聚物：聚乳酸(PLA)、羟基乙酸与羟基丙酸共聚物(PLGA)、聚己内酯(PCL)、聚羟基乙酸(PGA)等中的一种或多种。取向层(内层)B1由100-500nm平行排列的纤维组成，无规纤维层(外层)B2是由100-500nm的呈杂乱状排列的纤维组成。
本发明的制备方法为：
(1)根据需要选择天然高聚物、合成高聚物，并将其溶解于具有挥发性的溶剂中，利用静电纺丝方法，采用高速转辊收集，获得平行排列的纳米级纤维，纤维取向与转辊旋转方向一致。所述的转辊直径为200-300mm，转速为0-4000rpm。
(2)将转辊上的纤维膜取下，垂直于纤维取向，将纤维膜剪成3-15mm的长条，然后包缠到直径为0.1mm的金属转辊上，纤维取向与转辊轴向平行，形成直径为2-5mm的纤维束，以此作为神经移植物的“芯”A。
(3)靠近纤维束两端，在转辊上分别套上和纤维束直径相同的圆柱体，长度为3-5mm。
(4)垂直于纤维取向，将纤维膜剪成9-25mm的长条，将该条状纤维膜包缠在已卷绕形成的纤维束“芯”A的表面，形成移植物“鞘”B的内层，共包裹4-7层。
(5)将合成高聚物：聚乳酸(PLA)、羟基乙酸与羟基丙酸共聚物(PLGA)、聚己内酯(PCL)、聚羟基乙酸(PGA)中的一种或多种溶解于具有挥发性的溶剂中，采用静电纺丝技术，以包缠纤维膜的转辊为收集装置，按照30-100rpm转速收集无规排列的纤维，静电纺丝40-60min，形成移植物“鞘”B的外层。
(6)抽出直径为0.1mm的转辊，将纳米纤维束两端的圆柱体取出，形成内含纤维束，两端具有缝合端的神经移植物。
所述的神经移植物的性能为：其缝合强力为2.0-3.5N/针，取向纳米纤维膜的拉伸强力为33-55MPa，伸长率为15.0％-31.0％；中间纤维束能够引导神经再生，便于神经断端与纤维束接触，移植物两端的“鞘”B便于缝合；纳米纤维束组成的“芯”A的降解速率为2-12周，“鞘”B的降解速率为8-16周。
本发明具有以下有益效果：
1、工艺稳定，移植物尺寸可调。所形成的纤维束规整，它主要采用高速转辊形成，纤维取向性好，制备工艺稳定。此外，该神经移植物可根据受损神经尺寸，形成不同直径与长短的纤维束，满足临床需要。
2、生产效率提高，便于产业化。先形成取向纤维膜，然后进行大规模的包缠形成神经移植物，最后仅通过短时间的静电纺纤维喷覆封闭包缠端和提高强力，生产速度可提高100-500倍，极大提高了生产效率，制备技术易于产业化。
3、引导性能提高，方便利用。由于它使纤维束与神经断端直接接触，受损神经与引导纤维的接触概率明显增加，易于引导损伤神经生长。另外，两端的鞘更易于外科手术缝合，实用性增强。
附图说明：
图1为本发明中神经移植物的结构示意图，
图2为本发明中神经移植物纤维束“芯”的结构示意图，
图3为本发明中神经移植纤维束“芯”的横截面示意图。
具体实施方式：
参照图1-图3，本具体实施方式采用以下技术方案：所述的神经移植物中间是由纳米纤维束组成的“芯”A，外面是由取向层(内层)B1与无规纤维层(外层)B2组成的“鞘”B。纳米纤维束组成的“芯”A的直径为2-5mm，长度为3-15mm，纳米纤维束中的纤维直径为40-300nm，材料为合成高聚物：聚乳酸(PLA)、羟基乙酸与羟基丙酸共聚物(PLGA)、聚己内酯(PCL)、聚羟基乙酸(PGA)等中的一种或多种，也可由天然高聚物：丝素、明胶、层黏连蛋白、胶原蛋白、壳聚糖、弹性蛋白等中的一种或多种组成。“鞘”B的长度为9-25mm，材料为合成高聚物：聚乳酸(PLA)、羟基乙酸与羟基丙酸共聚物(PLGA)、聚己内酯(PCL)、聚羟基乙酸(PGA)等中的一种或多种。取向层(内层)B1由100-500nm平行排列的纤维组成，无规纤维层(外层)B2是由100-500nm的呈杂乱状排列的纤维组成。
本具体实施方式的制备方法为：
(1)根据需要选择天然高聚物、合成高聚物，并将其溶解于具有挥发性的溶剂中，利用静电纺丝方法，采用高速转辊收集，获得平行排列的纳米级纤维，纤维取向与转辊旋转方向一致。所述的转辊直径为200-300mm，转速为0-4000rpm。
(2)将转辊上的纤维膜取下，垂直于纤维取向，将纤维膜剪成3-15mm的长条，然后包缠到直径为0.1mm的金属转辊上，纤维取向与转辊轴向平行，形成直径为2-5mm的纤维束，以此作为神经移植物的“芯”A。
(3)靠近纤维束两端，在转辊上分别套上和纤维束直径相同的圆柱体，长度为3-5mm。
(4)垂直于纤维取向，将纤维膜剪成9-25mm的长条，将该条状纤维膜包缠在已卷绕形成的纤维束“芯”A的表面，形成移植物“鞘”B的内层，共包裹4-7层。
(5)将合成高聚物：聚乳酸(PLA)、羟基乙酸与羟基丙酸共聚物(PLGA)、聚己内酯(PCL)、聚羟基乙酸(PGA)中的一种或多种溶解于具有挥发性的溶剂中，采用静电纺丝技术，以包缠纤维膜的转辊为收集装置，按照30-100rpm转速收集无规排列的纤维，静电纺丝40-60min，形成移植物“鞘”B的外层。
(6)抽出直径为0.1mm的转辊，将纳米纤维束两端的圆柱体取出，形成内含纤维束，两端具有缝合端的神经移植物。
所述的神经移植物的性能为：其缝合强力为2.0-3.5N/针，取向纳米纤维膜的拉伸强力为33-55MPa，伸长率为15.0％-31.0％；中间纤维束能够引导神经再生，便于神经断端与纤维束接触，移植物两端的“鞘”B便于缝合；纳米纤维束组成的“芯”A的降解速率为2-12周，“鞘”B的降解速率为8-16周。
本具体实施方式工艺稳定，移植物尺寸可调，满足临床需要，生产效率提高，便于产业化，引导性能提高，方便利用，实用性增强。
实施例一：
1、将聚羟基乙酸(PGA)溶于氯仿与丙酮的混合溶剂中(体积比为2∶1)，获得浓度为8％的纺丝液。静电纺丝工艺条件为：电压20KV，距离11cm，流量3ml/h，采用转辊收集，转辊转速为3000rpm，转辊直径200mm，静电纺丝10h，形成宽度为10cm，厚度为35um的取向纤维膜。
2、垂直于纤维排列方向，将纤维膜剪成3mm的长条，包裹在直径为0.1mm的转辊上，形成长度为3mm，直径为3mm的纤维束。
3、在纤维束两端，各套上1个直径和长度均为3mm的圆柱体。
4、垂直于纤维排列方向，将纤维膜剪成9mm的长条，包裹在圆柱体和纤维束表面，共包裹4层，形成卷绕物。
5、将上述卷绕纤维膜、直径为0.1mm的转辊固定在电机上，转速为60rpm，收集静电纺PLA纳米纤维。静电纺丝工艺为：PLA溶解于氯仿与丙酮的混合溶剂中(体积比为2∶1)，浓度为5％，距离10cm，流量1ml/h，静电纺丝60min，形成厚度为4um的无序状纤维层。
6、卷绕物从转辊上取下，圆柱体从两端抽出，形成内含长度为3mm、直径为3mm的PGA纤维束，外含取向(内层)和无规(外层)纤维层“鞘”，其最外层材料为PLA，长度为9mm的神经移植物。
实施例二：
1、将PLGA(LA/GA＝65∶35)溶解于氯仿/N，N-二甲基甲酰胺(DMF)(体积比为8∶2)混合溶剂中，获得浓度为15％的纺丝液。静电纺丝工艺条件为：电压18KV，距离11cm，流量2ml/h，采用转辊收集，转辊转速为1700rpm，转辊直径250mm，静电纺丝10h，形成宽度为10cm，厚度为38um的取向纤维膜。
2、垂直于纤维排列方向，将纤维膜剪成5mm的长条，包裹在直径为0.1mm的转辊上，形成长度为5mm，直径为4mm的纤维束。
3、在纤维束两端，各套上1个直径和长度均为4mm的圆柱体。
4、垂直于纤维排列方向，将纤维膜剪成13mm的长条，包裹在圆柱体和纤维束表面，共包裹5层，形成卷绕物。
5、将上述卷绕纤维膜、直径为0.1mm的转辊固定在电机上，转速为70rpm，收集静电纺聚乳酸(PLA)纳米纤维。静电纺丝工艺为：PLA溶解于氯仿与丙酮的混合溶剂中(体积比为2∶1)，浓度为5％，距离10cm，流量1ml/h，静电纺丝60min，形成厚度为4um的无序状纤维层。
6、卷绕物从转辊上取下，圆柱体从两端抽出，形成内含长度5mm、直径为4mm的PLGA纤维束，外含取向(内层)和无规(外层)纤维层“鞘”，其最外层材料为PLA，长度为13mm的神经移植物。
实施例三：
1、丝素溶解于甲酸中获得13％的溶液，静电纺丝工艺条件为：电压15KV，距离8cm，流量0.8ml/h，采用转辊收集，转辊转速为1500rpm，转辊直径250mm，静电纺丝11h，形成宽度为10cm，厚度为35um的取向纤维膜。
2、垂直于纤维排列方向，将纤维膜剪成7mm的长条，包裹在直径为0.1mm的转辊上，形成长度为7mm，直径为3mm的纤维束。
3、在纤维束两端，各套上1个直径为3mm的圆柱体，长度为3mm。
4、垂直于纤维排列方向，将纤维膜剪成13mm的长条，包裹在圆柱体和纤维束表面，共包裹4层，形成卷绕物。
5、将上述卷绕纤维膜、直径为0.1mm的转辊固定在电机上，转速为50rpm，收集静电纺PLGA纳米纤维。静电纺丝工艺为：PLGA(LA∶GA＝85∶15)溶解于氯仿/N，N-二甲基甲酰胺(DMF)(体积比为8∶2)混合溶剂中，获得浓度为20％的纺丝液，电压20KV，距离10cm，流量1.5ml/h，静电纺丝50min，形成厚度为5um的无序状纤维层。
6、卷绕物从转辊上取下，圆柱体从两端抽出，形成内含长度7mm、直径为3mm的PLGA纤维束，外含取向(内层)和无规(外层)纤维层“鞘”，其最外层材料为PLGA，长度为13mm的神经移植物。
实施例四：
1、将PLGA(85/15)和PLA(质量为3∶1)溶解于四氢呋喃//N，N-二甲基甲酰胺(DMF)(体积比为2∶1)中获得20％的溶液，静电纺丝工艺条件为：电压25KV，距离11cm，流量2ml/h，采用转辊收集，转辊转速为1800rpm，转辊直径300mm，静电纺丝6h，形成宽度为15cm，厚度为31um的取向纤维膜。
2、将聚乳酸(PLA)溶解于氯仿与丙酮的混合溶剂中(体积比为2∶1)，获得浓度为5％的纺丝液。静电纺丝工艺条件为：电压20KV，距离11cm，流量3ml/h，采用转辊收集，转辊转速为3000rpm，转辊直径300mm，静电纺丝12h，形成宽度为10cm，厚度为32um的取向纤维膜。
3、垂直于纤维排列方向，将PLGA/PLA共混纤维膜剪成15mm长条，包裹在直径为0.1mm的转辊上，形成长度为15mm，直径为5mm的纤维束。
4、在纤维束两端，各套上1个直径为5mm的圆柱体，长度为4mm。
5、垂直于纤维排列方向，将PLA纤维膜剪成23mm的长条，包裹在圆柱体和纤维束表面，共包裹5层，形成卷绕物。
6、将上述卷绕纤维膜、直径为0.1mm的转辊固定在电机上，转速为70rpm，收集静电纺聚乳酸(PLA)纳米纤维。静电纺丝工艺为：PLA溶解于氯仿与丙酮的混溶溶剂中(体积比为2∶1)，浓度为5％，距离10cm，流量1ml/h，静电纺丝60min，形成厚度为4um的无序状纤维层。
7、卷绕物从转辊上取下，圆柱体从两端抽出，形成内含长度15mm、直径为5mm PLGA/PLA共混纳米纤维束，外含取向(内层)和无规(外层)纤维层“鞘”，其“鞘”材料均为PLA，长度为23mm的神经移植物。
实施例五：
1、丝素与明胶(质量比2∶1)溶解于甲酸中获得15％的溶液，静电纺丝工艺条件为：电压13KV，流量1.2ml/h，采用转辊收集，转辊转速为1500rpm，转辊直径200mm，针头距离收集辊8cm，静电纺丝10h，形成宽度为10cm，厚度为34um的取向纤维膜。
2、将PLGA(85/15)溶解于四氢呋喃//N，N-二甲基甲酰胺(DMF)(体积比为2∶1)中获得20％的溶液，静电纺丝工艺条件为：电压25KV，距离11cm，流量2ml/h，采用转辊收集，转辊转速为1500rpm，转辊直径300mm，静电纺丝8h，形成宽度为10cm，厚度为30um的取向纤维膜。
3、垂直于纤维排列方向，将丝素/明胶共混纤维膜剪成12mm的长条，包裹在直径为0.1mm的转辊上，形成长度为12mm，直径为2mm的纤维束。
4、在纤维束两端，各套上1个直径为2mm的圆柱体，长度为3mm。
5、垂直于纤维排列方向，将PLGA纤维膜剪成18mm的长条，包裹在圆柱体和纤维束表面，共包裹4层，形成卷绕物。
6、将上述卷绕纤维膜、直径为0.1mm的转辊固定在电机上，转速为50rpm，收集静电纺PLA纳米纤维。静电纺丝工艺为：PLA溶解于氯仿与丙酮的混溶溶剂中(体积比为2∶1)，浓度为5％，距离10cm，流量1ml/h，静电纺丝60min，形成厚度为4um的无序状纤维层。
7、卷绕物从转辊上取下，圆柱体从两端抽出，形成内含长度12mm、直径为2mm丝素/明胶共混纳米纤维束，外含取向(内层)和无规(外层)纤维层“鞘”，“鞘”的取向层为PLGA，无规层为PLA，长度为18mm的神经移植物。
Claims (3)
1.一种含取向纳米纤维神经束的神经移植物及其制备方法，其特征在于所述的神经移植物中间是由纳米纤维束组成的“芯”(A)，外面是由取向层(B1)与无规纤维层(B2)组成的“鞘”(B)；纳米纤维束组成的“芯”(A)的直径为2-5mm，长度为3-15mm，纳米纤维束中的纤维直径为40-300nm，材料为合成高聚物：聚乳酸、羟基乙酸与羟基丙酸共聚物、聚己内酯、聚羟基乙酸中的一种或多种，也可由天然高聚物：丝素、明胶、层黏连蛋白、胶原蛋白、壳聚糖、弹性蛋白中的一种或多种组成；“鞘”(B)的长度为9-25mm，材料为合成高聚物：聚乳酸、羟基乙酸与羟基丙酸共聚物、聚己内酯、聚羟基乙酸中的一种或多种；取向层(B1)由100-500nm平行排列的纤维组成，无规纤维层(B2)是由100-500nm的呈杂乱状排列的纤维组成。
2.一种含取向纳米纤维神经束的神经移植物及其制备方法，其特征在于它的制备方法为：
(1)根据需要选择天然高聚物、合成高聚物，并将其溶解于具有挥发性的溶剂中，利用静电纺丝方法，采用高速转辊收集，获得平行排列的纳米级纤维，纤维取向与转辊旋转方向一致，所述的转辊直径为200-300mm，转速为0-4000rpm；
(2)将转辊上的纤维膜取下，垂直于纤维取向，将纤维膜剪成3-15mm的长条，然后包缠到直径为0.1mm的金属转辊上，纤维取向与转辊轴向平行，形成直径为2-5mm的纤维束，以此作为神经移植物的“芯”；
(3)靠近纤维束两端，在转辊上分别套上和纤维束直径相同的圆柱体，长度为3-5mm；
(4)垂直于纤维取向，将纤维膜剪成9-25mm的长条，将该条状纤维膜包缠在已卷绕形成的纤维束“芯”(A)的表面，形成移植物“鞘”(B)的内层，共包裹4-7层；
(5)将合成高聚物：聚乳酸、羟基乙酸与羟基丙酸共聚物、聚己内酯、聚羟基乙酸中的一种或多种溶解于具有挥发性的溶剂中，采用静电纺丝技术，以包缠纤维膜的转辊为收集装置，按照30-100rpm转速收集无规排列的纤维，静电纺丝40-60min，形成移植物“鞘”(B)的外层；
(6)抽出直径为0.1mm的转辊，将纳米纤维束两端的圆柱体取出，形成内含纤维束，两端具有缝合端的神经移植物。
3.根据权利要求1所述的一种含取向纳米纤维神经束的神经移植物及其制备方法，其特征在于所述的神经移植物的性能为：其缝合强力为2.0-3.5N/针，取向纳米纤维膜的拉伸强力为33-55MPa，伸长率为15.0％-31.0％；中间纤维束能够引导神经再生，便于神经断端与纤维束接触，移植物两端的“鞘”(B)便于缝合；纳米纤维束组成的“芯”(A)的降解速率为2-12周，“鞘”(B)的降解速率为8-16周。
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