CN104689376A - 一种神经导管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种神经导管，其特征在于，包括内层、外层和空腔；所述内层的外表面覆设有外层，所述空腔位于内层和外层之间，所述内层为采用静电纺丝法制成的亲水性细胞支架层，所述外层为采用静电纺丝法制成的疏水性神经导管支架层；所述空腔用于贮存生物活性因子溶液。本发明提供的神经导管具有强度硬度合适、可降解、能提供合适的神经营养物质、有理想的双层或多层结构、有半渗透性，成本较低、生产周期短、保存运输容易、不带病毒、无免疫排斥或免疫排斥作用极低的、应用范围广泛的特点，很好地满足神经再生过程的要求。

Description

一种神经导管及其制备方法

技术领域

本发明属于生物医用材料及植入式医疗器械领域，具体涉及一种神经导管及其制备方法。

背景技术

神经系统是人体内的最主要的器官之一，它控制着人体的感官运动功能。各种外伤如压迫、牵伸、撕裂、切断以及其他因素如局部缺血、肿瘤等将会造成神经系统的部分或全部损伤，从而导致功能丧失和其它神经性疾病。对于神经缺损采用自体神经移植被认为是治疗的金标准，但由于自体神经移植存在着供体神经来源有限、需要两次手术、供区遗留不同程度的功能障碍及供体神经与受体神经不匹配等缺点，限制了其在临床上应用。

自从19世纪末，Gluck首先报告了采用脱钙骨制成骨性管桥接神经损伤部位进行修复以来，采用神经导管桥接修复周围神经损伤已被许多国内外学者认为是一个切实可行的方法。目前神经导管的制作方法主要有：相分离法、模具浇制法、溶液浇注-沥滤法、编织法等。神经导管构建方面，目前已有部分专利报道，如中国专利(申请号03134541)公开了一种由生物可降解材料和神经胶质细胞或干细胞构建而成复合神经导管，中国专利(申请号200410012846)公开了一种复合型聚乳酸缓释人工神经导管材料及制备方法，中国专利(申请号200510012201)公开了一种多通道神经修复导管及其制备方法和专用模具。但是这些专利中所采用的方法都需要将各种生物活性物质与有机溶剂直接混合，从而导致生物活性物质的活性降低或丧失。

静电纺丝技术具有简便快捷、成本低廉、结构可控等优点，能够连续制备比表面积大的纳米或亚微米级的超细纤维，在组织工程支架制备方面有着独特的优势，近来受到国内外广泛的关注。同轴静电纺丝则是通过对其喷丝系统的改进，将芯质和壳层材料的液体分装在两个不同的注射器中，采用微量注射泵来精确控制液体的流量，制备出具有壳-芯结构的纳米纤维。同轴静电纺丝技术能够制备直径与天然细胞外基质相近的连续超细纤维，因而制备的导管壁可以最大程度地仿生人体内细胞外基质结构，可以将无机粒子、生长因子、细胞调控因子甚至活细胞复合进纤维内，更为重要的是由于纺丝过程中两种液体在喷口处汇合的时间很短，加上聚合物液体的扩散系数较低，芯层和表层液体在固化前不会混合在一起，避免了因生物活性分子与有机溶剂直接接触而导致的活性减弱或丧失。

发明内容

本发明目的之一在于提供一种神经导管及其制备方法，本发明提供的神经导管具有强度硬度合适、可降解、能提供合适的神经营养物质、有理想的双层或多层结构、有半渗透性，成本较低、生产周期短、保存运输容易、不带病毒、无免疫排斥或免疫排斥作用极低的、应用范围广泛的特点，很好地满足神经再生过程的要求。

本发明提供的一种神经导管，包括内层、外层和空腔；所述内层的外表面覆设有外层，所述空腔位于内层和外层之间，所述内层为采用静电纺丝法制成的亲水性细胞支架层，所述外层为采用静电纺丝法制成的疏水性神经导管支架层；所述空腔用于贮存生物活性因子溶液。

所述空腔的形式可以是被内层和外层所包裹的不带开口的全封闭性空腔、或带有一个或多个开口的空腔。

应用时，带有一个或多个开口的空的神经导管在注入生物活性因子溶液后，采用医用针线或涂抹人体可吸收材料等常规方法对空腔的开口进行封闭；而带有全封闭性空腔的神经导管则在注入生物活性因子溶液后可直接使用。

进一步的，所述外层的平均孔径为0.08～1μm，所述内层的平均孔径为20～100μm。

因为人体细胞直径平均在10-20μm。平均孔径在3μm以下，已经可以有效的防止结缔组织长入神经导管内部。静电纺纤维得到的孔径大小分布很大程度上依赖于纤维直径，已知纤维直径减h，孔径也在同时减小。据已发表的文献，纤维直径在4～10μm时，孔径为20～45μm。文献报道，静电纺再生丝素纤维非织造织物的平均孔径可达到2μm。同时，为了提供营养物质等有效物质，在内层支架上种植雪旺细胞是一个可能的选择。整个神经导管的管壁是半渗透性的。孔径在0.8μm以上，达到可以允许营养物质进入。因此，我们把外层孔径控制在0.08～1.0μm之间，既可以防止生物活性因子向外渗透，同时又能阻止成纤维细胞的长入，造成不必要的粘连。

在神经导管内层，为了有效诱导毛细血管和纤维组织长入，尤其是雪旺细胞，为神经再生长提供更好的营养和结构，该层则采用生物相容性好的亲水性材料，再者，通过静电纺丝参数调整，我们把内层的平均孔径控制在20～100μm之间。这样有利于细胞的迁入、粘附、增殖和生长分化。

所述空腔内可含有生物活性因子溶液。所述生物活性因子溶液可以采用术前注入的方式注射到空腔中。

进一步的，所述的生物活性因子为神经营养因子、神经胶质细胞或药物。

进一步的，所述的生物活性因子为神经营养因子、神经胶质细胞或药物。

所述神经营养因子是指神经营养物质和对神经细胞存活具有调节作用的生长因子。神经细胞的发育、生存、生长、迁移以及与其它细胞建立功能性联系，或在神经再生过程及轴突的再生长中，均受神经营养因子的诱导、调节和控制。

所述神经营养物质，优选为多肽，氨基酸，糖胺聚糖，明胶、糖皮质素、白介素-1。所述多肽，氨基酸，糖胺聚糖，明胶对生长因子有广谱粘附和富集作用，能激发未分化细胞定向分化，具有诱导机体组织的再生性修复功能。如明胶可以促进血管毛细血管的形成，可加强对神经导管的周围，即自发新生长的轴突的营养物质的供应。所述糖皮质素、白介素-1能在体内增强不同营养因子的表达。

所述对神经细胞存活具有调节作用的生长因子，优选为神经生长因子、脑源性神经营养因子、神经营养素-3、神经营养物质-4/5、神经营养素-6、睫状神经营养因子或胶质细胞源性神经营养因子。以上因子已有的文献皆已证实了对神经修复生长的促进作用。神经营养因子具有刺激多种神经元存活和分化的功能，但各种因子的靶细胞群既有区别又有交叉。神经生长因子主要作用于神经嵴起源的发育期中的感觉神经元和交感神经元及前脑基底部某些胆碱能神经元，能诱导感觉和去甲肾上腺素能神经元纤维进行较大延伸，使局部运动神经元纤维也出现发芽现象。脑源性神经营养因子对多种感觉神经元、胆碱能神经元、多巴胺能神经元以及GABA能神经元的发育分化与生长再生具有维持和促进作用。神经营养素-3参与了脊髓修复过程。神经营养物质-4/5为感觉神经元的营养因子，但在阻止损伤后运动神经元死亡的作用上，神经营养物质-4/5与脑源性神经营养因子聚有相同效应。神经营养素-3都能促进脊髓损伤后皮质脊髓束的生长，且能阻止大鼠发育中损伤红核神经元的退行性死亡。

所述神经胶质细胞优选为雪旺细胞；所述药物优选为抗生素、止血药物或防粘结药物中的一种或可混合使用的几种药物的混合物。

作为一种优选方案，所述的生物活性因子溶液优选为0.01～3％重量的抗生素溶液、0.001～3％重量的止血和防粘连药物，0.001～0.5％重量的碱性成纤维细胞因子溶液。

所述生物活性因子溶液中，所述神经营养因子的含量优选为不高于溶液的10％重量，所含神经胶质细胞的密度优选为105～109个/ml之间。

本发明还提供了一种神经导管的制备方法，包括如下步骤：

步骤(1)制备亲水性聚合物溶液和疏水性聚合物溶液；

步骤(2)将亲水性聚合物溶液加入静电纺装置的注射器中，进行纺丝，制得神经导管的内层；

步骤(3)在所述内层上放置俩只钢针并固定好，然后将所述疏水性聚合物溶液加入静电纺装置的注射器中，进行纺丝，制得神经导管的外层；

步骤(4)清洗制得的神经导管的内层和外层，并浸入酒精，抽去钢针，即可得所述神经导管，灭菌，包装。

采用不溶性材料制备的神经导管，为带有一个或多个开口的空腔的神经导管。所述不溶性材料的作用为制备空腔，所述不溶性材料优选为钢针。

进一步的，所述亲水性聚合物溶液为亲水性聚合物溶于溶剂得到的溶液；所述亲水性聚合物包括聚乙二醇、聚羟基丁酸戊酸酯、聚羟基丁酸己酸酯、聚磷酸酯、聚乙烯醇、聚氧乙烷、胶原蛋白、壳聚糖、改性壳聚糖、淀粉、纤维素、改性纤维素、明胶、纤维蛋白、丝蛋白、弹力蛋白拟态的肽聚合物、海藻酸、硫酸软骨素，肝素，琼脂，葡聚糖或褐藻酸中任意一种或几种的混合物。

进一步的，所述疏水性聚合物溶液为疏水性聚合物溶于溶剂得到的溶液；疏水性聚合物为疏水性聚氨酯、聚乳酸、聚已内酯、聚羟基乙酸、聚对苯二甲酸乙二酯、聚羟基烷基酸酯类、聚氨酯类或聚碳酸酯中任意一种或几种的混合物。

所述亲水性和疏水性聚合物混合溶液的静电纺丝工艺参数优选如下：微量注射泵的速率为0.1～8ml/h，高压发生器的电压为5～40kV，接收装置的接收距离为12～25厘米；

所述疏水性聚合物溶液的静电纺丝工艺参数优选如下：微量注射泵的速率为0.1～5ml/h，高压发生器的电压为5～45kV，接收装置的接收距离为10～30厘米；

本发明的有益效果在于：

(1)本发明所使用神经营养因子的纳米仿生神经导管本身不含活细胞成分，不使用外源细胞，免除了因此而带来免疫排斥、病毒传播、疾病传染的诸多风险；

(2)本发明所使用的材料采用对人体无毒无害的安全生物材料，即不会带来免疫排斥、病毒传播、疾病传染的诸多风险，也不会带来其它毒害作用；

(3)本发明的神经导管整体材料呈半渗透性，不允许细胞通过，允许营养物质通过，避免了细胞带来的纤维化，营养通过又加速了轴突生长、神经修复；

(4)本发明的神经导管由于不含活细胞成分，材料来源充分，成本较低，避免了天然材料来源不足，成本高，改性复杂的缺点，贮存运输简单；

(5)本发明的神经导管的制备方法工艺步骤简化，生产时间短，能有效避免加工过程中产品受到污染，产品质量易于控制，产品标准容易实现，产品可实现低成本、高效率的产业化生产；

(6)本发明的神经导管具有良好的力学强度，支持缝针，自动安全降解，保证在神经得到了再修复期间，材料保持强度和硬度，这使得神经修复正常进行，避免纤维化，神经压迫等现象。

附图说明

图1所示为本发明神经导管的截面示意图。

具体实施方式

下文将结合具体实施例详细描述本发明。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。

如图1所示，本发明提供的一种神经导管，包括内层1、外层2和空腔3；所述内层1的外表面覆设有外层2，所述空腔3位于内层1和外层2之间，所述内层1为采用静电纺丝法制成的亲水性细胞支架层，所述外层2为采用静电纺丝法制成的疏水性神经导管支架层；所述空腔3用于贮存生物活性因子溶液。

本发明提供的一种神经导管的制备方法，包括如下步骤：

步骤(1)制备亲水性聚合物溶液和疏水性聚合物溶液；

步骤(2)将亲水性聚合物溶液加入静电纺装置的注射器中，进行纺丝，制得神经导管的内层1；

步骤(3)在所述内层上放置俩只钢针并固定好，然后将所述疏水性聚合物溶液加入静电纺装置的注射器中，进行纺丝，制得神经导管的外层2；

步骤(4)清洗制得的神经导管的内层和外层，并浸入酒精，抽去钢针，即可得所述神经导管，灭菌，包装。

实施例1

本发明提供的一种神经导管的制备方法，包括如下步骤：

(1)选择亲水性的明胶和丝素蛋白，两者质量比为70∶30，溶剂为甲酸，纺丝液质量分数为15％，将纺丝液加入静电纺装置的注射器中，调节微量注射泵的速率为8ml/h，接收距离为10厘米，电压为20kV，开启静电纺丝机，进行纺丝，制得纤维直径平均800～1000nm的细胞支架内层；

(2)选择疏水性的L-聚乳酸和ε-己内酯共聚的高分子材料，两者质量比为50∶50，数均分子量是310000，溶于六氟异丙醇中得到质量分数为10％的纺丝液，在纺得的内层上放置两只直径为0.05mm的钢针并固定好，然后将上述溶液加入静电纺装置的注射器中，调节微量注射泵的速率为3ml/h，调节高压发生器的电压为30kV，调节接收装置的接收距离为15厘米；开启静电纺丝机，在内层上继续纺丝，最后得到管壁厚度为0.2mm的神经导管外层；

(3)清洗，将制备的样品浸入80％的酒精，抽去钢针，即可得所述神经导管，灭菌，包装。

实施例2

本发明提供的一种神经导管的制备方法，包括如下步骤：

(1)选择亲水性的硫酸软骨素和透明质酸的高分子材料，两者质量比为70∶30，以三氟乙醇为溶剂，纺丝液质量分数为20％，将纺丝液加入静电纺装置的注射器中，调节微量注射泵的速率为8ml/h接收距离为10厘米，电压为15kV，开启静电纺丝机，进行纺丝，制得纤维直径平均1000～1500nm的细胞支架内层；

(2)选择疏水性的乳酸与羟基乙酸的比例为10∶90，为共聚高分子材料，数均分子量是350000，溶于三氟乙醇中得到质量分数为14％的纺丝液，然后将上述溶液加入静电纺装置的注射器中，调节微量注射泵的速率为3ml/h，调节高压发生器的电压为25kV，调节接收装置的接收距离为20厘米；开启静电纺，制备神经导管支架层；

(3)清洗，将制备的样品浸入85％的酒精，抽去钢针，即可得所述神经导管，灭菌，包装。

实施例3

本发明提供的一种神经导管的制备方法，包括如下步骤：

(1)选择亲水性的硫酸软骨素和透明质酸，两者质量比为70∶30，以甲酸为溶剂，纺丝液质量分数为12％，将纺丝液加入静电纺装置的注射器中，调节微量注射泵的速率为10ml/h，接收距离为12厘米，电压为20kV，开启静电纺丝机，在圆柱形的转子纺丝，制得纤维直径平均1000～1500nm的细胞支架内层；

(3)选择疏水性的L-聚乳酸和ε-己内酯，两者质量比为50∶50，为共聚高分子材料，数均分子量是250000，溶于六氟异丙醇中得到质量分数为8％的纺丝液，在前面纺得的内层上放置两只直径为0.05mm的钢针并固定好，然后将上述溶液加入静电纺装置的注射器中，调节微量注射泵的速率为3ml/h，调节高压发生器的电压为25kV，调节接收装置的接收距离为17厘米；开启静电纺，即得到神经导管；

(3)清洗，将制备的样品浸入70％-100％的酒精，抽去钢针，即可得所述神经导管，灭菌，包装。

本文虽然已经给出了本发明的一些实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (6)

1.一种神经导管，其特征在于，包括内层、外层和空腔；所述内层的外表面覆设有外层，所述空腔位于内层和外层之间，所述内层为采用静电纺丝法制成的亲水性细胞支架层，所述外层为采用静电纺丝法制成的疏水性神经导管支架层；所述空腔用于贮存生物活性因子溶液。

2.如权利要求1所述的一种神经导管，其特征在于，所述外层的平均孔径为0.08～1μm，所述内层的平均孔径为20～100μm。

3.如权利要求1所述的一种神经导管，其特征在于，所述的生物活性因子为神经营养因子、神经胶质细胞或药物。

4.一种神经导管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

制备亲水性聚合物溶液和疏水性聚合物溶液；

将所述亲水性聚合物溶液加入静电纺装置的注射器中，进行纺丝，制得神经导管的内层；

在所述内层上放置俩只钢针并固定好，然后将所述疏水性聚合物溶液加入静电纺装置的注射器中，进行纺丝，制得神经导管的外层；

清洗制得的所述神经导管的内层和外层，并浸入酒精，抽去钢针，即可得所述神经导管，灭菌，包装。

5.如权利要求1所述的一种神经导管的制各方法，其特征在于，所述亲水性聚合物溶液为亲水性聚合物溶于溶剂得到的溶液；所述亲水性聚合物包括聚乙二醇、聚羟基丁酸戊酸酯、聚羟基丁酸己酸酯、聚磷酸酯、聚乙烯醇、聚氧乙烷、胶原蛋白、壳聚糖、改性壳聚糖、淀粉、纤维素、改性纤维素、明胶、纤维蛋白、丝蛋白、弹力蛋白拟态的肽聚合物、海藻酸、硫酸软骨素，肝素，琼脂，葡聚糖或褐藻酸中任意一种或几种的混合物。

6.如权利要求1所述的一种神经导管的制备方法，其特征在于，所述疏水性聚合物溶液为疏水性聚合物溶于溶剂得到的溶液；疏水性聚合物为疏水性聚氨酯、聚乳酸、聚已内酯、聚羟基乙酸、聚对苯二甲酸乙二酯、聚羟基烷基酸酯类、聚氨酯类或聚碳酸酯中任意一种或几种的混合物。