CN105457103B - 一种3d打印周围神经导管及其制备方法 - Google Patents

一种3d打印周围神经导管及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明的一种3D打印周围神经导管，包括有套管，套管内设置有一个或多个六棱柱管，六棱柱管内设置有多个神经生长因子载体球，神经生长因子载体球内负载有神经生长因子；本发明的3D打印周围神经导管结构更加稳定、一体化，同时可以梯度供给神经生长因子，更有利于促进神经再生。

Description

一种3D打印周围神经导管及其制备方法
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，尤其涉及一种3D打印周围神经导管及其制备方法。
背景技术
周围神经严重损伤(尤其是最严重的Sunderland V型——神经缺损伤)，常见于撕脱伤、切割伤，以及严重的牵拉伤和压榨伤。此种类型的周围神经损伤，由于不仅存在神经干的完全断裂，而且断端间存在不同程度的间隙，因此根本没有自行恢复的可能。截至目前，国内外医学针对周围神经缺损的修复治疗主要集中于自体神经移植和人工神经移植，但是由于自体神经移植存在的诸多不足，例如供体神经有限、增加创伤、功能障碍以及手术风险等，因此人工神经的研发一直属于该领域的研究热点。目前国内外已经正式上市和进入临床试验的人工神经主要有两大类，一类为异体神经，来源包括人尸体、断肢、动物等，此类人工神经的主要缺点包括来源有限、价格昂贵、植入体内后可能造成感染以及免疫排斥等，因此大大限制了异体神经的应用。另一大类人工神经为组织工程神经，即由各类安全、研究已较成熟的高分子有机材料制作而成，然而受限于加工制作工艺，此类导管的外层一般均呈圆柱状，仅内部构造存在一些不同，例如有不规则丝状结构、单个或多个中空圆柱状等。不论组织工程神经由何材料所制，亦不论其内部构造为何，均需达到共同的目的，即在复杂的体内环境下为再生神经提供可靠、有效的空间支撑以及引导、促进神经(尤其是执行不同功能的神经束)生长等功能。
既往国内外已有人工神经导管不论导管编制材料、构造为何，均只能对再生神经纤维起到被动的保护作用，即在神经纤维再生由近端向远端再生过程中尽可能提供足够的力学支撑，以确保再生神经纤维不被塌陷或受压迫的导管结构以及体内组织所阻挡，从而靠自身的生长能力向神经远断端延续。既往的神经导管植入体内后，神经纤维再生方式仍然是无序和混乱的，近端运动、感觉神经纤维本身是在相应的神经束膜内生长，然而在既往导管内将失去良好的有序性和方向性，呈混杂生长，大大降低神经再生的效率，而且再生神经纤维即便达到远断端，与远端的运动、感觉神经纤维束不能正确对接，因此存在较大的神经纤维错接率，严重影响了神经再生的效果。另外，神经再生过程本身是缓慢的，因此既往所有神经导管均限于修复3cm以内的神经缺损，超高3cm的神经缺损，由于远端神经纤维末梢的效应器官发生长期的失神经支配，相应功能无法达到有效恢复。因此，现有技术中几种组织工程神经均在上述关键性能方面未能达到满意的治疗效果，更加不能解决需修复神经在体内生长过程中不同阶段对神经生长因子的不同需求。
发明内容
本发明为解决现有技术中的上述问题提出的一种3D打印周围神经导管及其制备方法，旨在能够提供一种结构更加稳定、一体化，同时可以梯度供给神经生长因子，更有利于促进神经再生的人工导管。
为了解决上述技术问题，本发明所采取的技术措施为：
一种3D打印周围神经导管，包括有套管，套管内设置有一个或多个六棱柱管，六棱柱管内设置有多个神经生长因子载体球，神经生长因子载体球内负载有神经生长因子。
为了进一步优化上述技术方案，本发明所采取的技术措施还包括：
优选地，导管两侧还设置有神经搭接通道，此空间用于安置损伤神经纤维。
优选地，上述神经生长因子载体球内切于所述六棱柱管设置，数量为5-200个，更优选为18-90个。
优选地，上述神经生长因子载体球在六棱柱管内等距排布，即间距均匀地分布于六棱柱管内。
优选地，上述神经生长因子载体球在六棱柱管内的排布间距从六棱柱管一端至另外一端逐渐缩小，即从六棱柱管一端至另一端分布密度逐渐变小。
优选地，上述六棱柱管的数量为1-19个。
优选地，上述的导管整体直径为3-10mm，长度为25-35mm，更优选为直径5mm，长度30mm。
优选地，上述六棱柱管的直径为0.5mm-10mm，长度为11-29mm，更优选为直径1-3mm，长度为15-25mm；
优选地，上述神经搭接通道的长度为3-7mm，更优选长度为5mm。
优选地，上述套管、六棱柱管以及神经生长因子载体球均为PGA和PLA混合材料制作，其中，构成套管、六棱柱管以及神经生长因子载体球的混合材料中PGA的含量依次升高，即形成套管的混合材料中PGA的含量最低，形成神经生长因子载体球的混合材料中PGA的含量最高。
优选地，上述神经生长因子包括NGF、NT-3(neurotrophin-3)、NT-4(neurotrophin-4)以及BDNF(脑源性神经生长因子)。
另一方面，本发明还提供一种制备上述3D打印周围神经导管的方法，包括以下步骤：
步骤一，制备不同比例PGA和PLA的混合材料，作为套管、六棱柱管以及神经生长因子载体球的打印材料加载于打印机备用，其中，打印套管的混合材料PGA含量最低，打印神经生长因子载体球的混合材料PGA含量最高；
步骤二，使用建模软件构建套管、六棱柱管、神经生长因子载体球以及神经搭接通道结构，将全部模型结构复制并累加，得到完整3D打印周围神经导管模型并指定如步骤一中所述的相应混合材料打印相应的结构；
步骤三，将步骤二中所述模型导入打印机并进行3D打印，其中，在打印神经生长因子载体球至90％时，通过配合设置于3D打印机上的神经生长因子灌注针注入神经生长因子，完成3D打印，获得3D打印周围神经导管。
本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
首先，本发明的内部主体结构以六棱柱管(六角管)为基础，并可以多个六棱柱管叠加，六边形结构的设计综合考虑了神经生长空间和稳定的力学支撑，不但可以为神经生长提供充分的空间，同时有利于导管在复杂体内环境中保持良好的空间稳定性和抗压性，为神经再生提供更安全的外部环境，有效防止神经再生过程中遭到卡压从而影响再生；而且六棱柱管的设计的排列在一定程度上和人体周围神经内部各功能束的排列相仿，各相邻柱管之间均有一个边相邻，从而大大增加整体的稳定性。
其次，相比较于现有技术的神经导管使用导管本体吸附和释放神经生长因子，本发明开创性地引入神经生长因子载体球的结构，内切地安置于六棱柱管内，且可以密度不同的安置，这就使得释放神经生长因子的量和梯度的精确控制成为了可能，使得修复过程中神经生长因子的释放更加符合需求。
最后，本发明的神经导管结合3D打印技术，不但使复杂神经导管的生产效率提高，同时，在3D打印机上配合设置神经生长因子灌注针，在神经生长因子载体球打印未封口时灌注神经生长因子，巧妙地使得液相的神经生长因子与整体导管相结合，结合不同的神经生长因子载体球的PGA含量，实现了在六棱柱管内神经因子在不同时间进行不同浓度的梯度释放。
附图说明
附图1为本发明的3D打印周围神经导管(单个六棱柱管)的横切结构示意图。
附图2为本发明的3D打印周围神经导管(三个六棱柱管)的横切结构示意图。
附图3为本发明的3D打印周围神经导管(四个六棱柱管)的横切结构示意图。
附图4为本发明的3D打印周围神经导管(五个六棱柱管)的横切结构示意图。
附图5为本发明的3D打印周围神经导管(七个六棱柱管)的横切结构示意图。
附图6为本发明的3D打印周围神经导管(7个六棱柱管)的侧视图。
附图7为本发明的3D打印周围神经导管(4个六棱柱管，且排布间距不同)的侧视透视图。
其中的附图标记为：套管1、六棱柱管2、神经生长因子载体球3、神经生长因子4、神经搭接通道5。
具体实施方式
本发明提供了一种3D打印周围神经导管，包括有套管1，套管1内设置有一个或多个六棱柱管2，所述六棱柱管2内设置有多个神经生长因子载体球3，神经生长因子载体球3内负载有神经生长因子4。
下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。
实施例1
通过本发明的制备方法，制备3D打印周围神经导管，构成套管1、六棱柱管2的混合材料中PGA和PLA的比例分别为5:5和8:2，六棱柱管2设置为四个，每个六棱柱管2内部设置九个神经生长因子载体球3(如附图7)，且神经生长因子载体球3的排布为从六棱柱管2一端至另外一端逐渐缩小；同时，在打印九个神经生长因子载体球3时，所用的混合材料中PGA的含量从神经生长因子载体球3密度高的一端至密度低的一端依次变小，最终变为和六棱柱管2的PGA和PLA的比例一样，即为8:2。本实施例中，整个导管各个部分的降解次序为：排布紧密处的神经生长因子载体球→排布疏松处的神经生长因子载体球→六棱柱管2→套管1。故在实际的应用中，本实施例的神经导管安置于患者体内后，损伤神经在生长进入六棱柱管2后，排布紧密处的神经生长因子载体球由于PGA含量高，率先降解，释放神经生长因子，同时，在导管的此部分，载体球的密度较高，故释放的神经生长因子量校对，满足修复初期的神经快速生长；待神经生长至另一端时，PGA相对含量最高的神经生长因子载体球3降解释放最后的神经生长因子，同时各个六棱柱管2也相应地降解，整个神经修复和搭接完成后，套管1最后降解。
实施例2
本实施例首先选取了一例左上臂桡浅神经缺损性损伤的病人进行3D周围神经导管的临床修复。病人神经缺损达2.5cm。通过本发明的制备方法制作一根周围神经导管，导管的具体参数如下：长度3.0cm、直径0.3cm，内置一个六棱柱管，导管内均匀分布注入鼠神经生长因子的空心球。手术接入神经导管并导管修复术后2周、1个月、3个月、6个月对该病例进行随访。通过高频超声检查证实，术后3个月时导管内神经再生轴突已达到神经远侧断端。
在上述第一个病例的基础上，先后完成15例桡浅神经缺损病例的修复，所有病例均为3D打印技术制作的内置一个六棱柱导管，且所有病例均已完成6个月的随访。通过高频超声检查，所有病例术后1个月和3个月进行比较，术后3个月导管内径略降低，但没有明显的统计学差异，说明发明人采用的3D打印神经导管具有较好的体内抗压性能(表1)。在实际应用中，六棱柱管越多，抗压性能越好。
表1 3D打印神经导管的内径比较
另外，所有病例进行高频超声检查，术后1个月至3个月内，均可见到再生的神经轴突生长达到神经远侧断端。通过进行神经肌电图检查，所有病例术后6个月时，桡浅神经的感觉神经动作电位重新出现，感觉神经传导速度亦逐步恢复。发明人对所有病例进行临床体格检查，包括单丝触觉检查，发现有两位病例最早于术后1个月重新出现单丝触觉，到术后3个月时所有病例均重新出现单丝触觉，其中4例单丝触觉恢复至2级，余3例单丝触觉恢复至3级(见表2)。
表2导管修复术后单丝触觉检查
通过上述的实施例，本领域人员能够知道，相对于现有技术的神经导管，本发明的神经导管具有以下优势：
首先，本发明的内部主体结构以六棱柱管(六角管)为基础，并可以多个六棱柱管叠加，六边形结构的设计综合考虑了神经生长空间和稳定的力学支撑，不但可以为神经生长提供充分的空间，同时有利于导管在复杂体内环境中保持良好的空间稳定性和抗压性，为神经再生提供更安全的外部环境，有效防止神经再生过程中遭到卡压从而影响再生；而且六棱柱管的设计的排列在一定程度上和人体周围神经内部各功能束的排列相仿，各相邻柱管之间均有一个边相邻，从而大大增加整体的稳定性。
其次，相比较于现有技术的神经导管使用导管本体吸附和释放神经生长因子，本发明开创性地引入神经生长因子载体球的结构，内切地安置于六棱柱管内，且可以密度不同的安置，这就使得释放神经生长因子的量和梯度的精确控制成为了可能，使得修复过程中神经生长因子的释放更加符合需求。
最后，本发明的神经导管结合3D打印技术，不但使复杂神经导管的生产效率提高，同时，在3D打印机上配合设置神经生长因子灌注针，在神经生长因子载体球打印未封口时灌注神经生长因子，巧妙地使得液相的神经生长因子与整体导管相结合，结合不同的神经生长因子载体球的PGA含量，实现了在六棱柱管内神经因子在不同时间进行不同浓度的梯度释放。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (6)

1.一种3D打印周围神经导管，包括有套管(1)，其特征在于，所述套管(1)内设置有一个或多个六棱柱管(2)，所述六棱柱管(2)内设置有多个神经生长因子载体球(3)，所述神经生长因子载体球(3)内负载有神经生长因子(4)；其中，所述神经生长因子载体球(3)内切于所述六棱柱管(2)设置，数量为5-200个；以及
其中，所述神经生长因子载体球(3)在所述六棱柱管(2)内的排布间距从所述六棱柱管(2)一端至另外一端逐渐缩小；
其中，导管两侧还设置有神经搭接通道(5)。
2.根据权利要求1所述的周围神经导管，其特征在于，所述六棱柱管(2)的数量为1-19个。
3.根据权利要求1所述的周围神经导管，其特征在于，导管直径为3-10mm，长度为25-35mm，所述六棱柱管(2)的直径为0.5mm-10mm，长度为11-29mm，所述神经搭接通道(5)的长度为3-7mm。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的周围神经导管，其特征在于，所述套管(1)、六棱柱管(2)以及神经生长因子载体球(3)均为PGA和PLA混合材料制作，其中，构成所述套管(1)、六棱柱管(2)以及神经生长因子载体球(3)的混合材料中PGA的含量依次升高。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的周围神经导管，其特征在于，所述神经生长因子(4)包括NGF、NT-3、NT-4以及BDNF。
6.一种制备如权利要求1-3任意一项所述3D打印周围神经导管的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，制备不同比例PGA和PLA的混合材料，作为套管(1)、六棱柱管(2)以及神经生长因子载体球(3)的打印材料加载于打印机备用，其中，打印套管(1)的混合材料PGA含量最低，打印神经生长因子载体球(3)的混合材料PGA含量最高；
步骤二，使用建模软件构建套管(1)、六棱柱管(2)、神经生长因子载体球(3)以及神经搭接通道(5)结构，将全部模型结构复制并累加，得到完整3D打印周围神经导管模型并指定如步骤一中所述的相应混合材料打印相应的结构；
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