CN110975016B - 一种神经修复导管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种神经修复导管及其制备方法，所述神经修复导管为双层纤维导管，所述导管的内层为可降解聚合物复合电极化纳米无机颗粒取向纤维层，外层为可降解聚合物无规则取向纤维层，其中所述取向纤维层的取向方向与所述导管轴向平行。本发明制备得到的神经修复导管具有良好的生物相容，可生物降解，且导管内部具备定向电诱导功能，为神经细胞的定向迁移和轴突的生长提供物理信号和电化学信号，为损伤神经再生与对接提供有利的再生微环境。

Description

一种神经修复导管及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种神经修复导管及制备方法，属于生物材料领域。
背景技术
在我国，每年约有200万例周围神经损伤发生。周围神经组织由于其结构、功能复杂，一旦发生损伤则致残率高、预后差、治疗复杂，成为当前临床的一大重要难题。
在神经缺损前期，由于其神经功能恢复有限，因此往往会导致骨骼肌萎缩，临床上常使用电刺激治理的方式来治疗损伤部位的神经。这种治疗方式一方面可以促进周围神经再生，另一方面可以防治骨骼肌失神经萎缩。专利CN 103127548 A采用不同材料组成的高取向纤维膜，通过卷绕方法制备神经导管，然而导管力学性能不足，且该方法不具备定向电诱导的特征。专利CN 102525689 A制备了负载神经生长因子的取向纳米纤维神经导管，通过释放神经生长因子来促进神经再生，但神经生长因子半衰期短，易失活，存在生物安全性等问题限制了其实际应用，且该发明不具备取向自发电刺激作用。专利CN 104056306 A以静电纺丝聚合物纤维作为模板，采用电化学脉冲聚合沉积导电聚合物的方式，在碳纳米管管束表面同轴包覆导电聚合物，制得具有定向凹槽结构的碳纳米管/导电聚合物复合涂层修饰的神经导管材料，但是用于神经导管制备的导电聚合物均难以降解，需要二次手术取出，给患者带来不必要的痛苦。本发明利用静电纺丝技术将电极化纳米粒子均匀分散于取向纳米纤维，制备了负载电极化纳米粒子的神经导管，实现了有机高分子和无机纳米粒子均匀复合，可提供稳定的电刺激，在促进周围神经再生的同时，也可防止把器官的失神经萎缩。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种神经修复导管及其制备方法，内层为取向纤维，具备神经细胞和轴突取向电诱导作用，外层为无规则取向纤维，提供力学支撑，且原材料均为可生物降解材料，可在体内生物吸收，并加快损伤神经的再生与对接。
本发明解决上述技术问题所采用的方案是：
一种神经修复导管，所述神经修复导管为双层纤维导管，所述导管的内层为可降解聚合物复合电极化纳米无机颗粒的取向纤维层，所述导管的外层为可降解聚合物无规则取向纤维层，其中所述取向纤维层的取向方向与所述导管轴向平行。
优选地，所述可降解聚合物包括L-丙氨酸-羟基乙酸-乳酸共聚物、L-丙氨酸-羟基乙酸共聚物、L-赖氨酸-羟基乙酸-乳酸共聚物、天冬氨酸-羟基乙酸-乳酸共聚物、甘氨酸-羟基乙酸-乳酸共聚物、甘氨酸-羟基乙酸共聚物中的任意一种或两种的组合；所述电极化无机纳米颗粒表面电位为-50mV～+150mV，所述纳米无机颗粒为钙磷酸盐中的任意一种或者两种的组合。
优选地，所述导管管腔直径为0.5～3mm，管壁厚度为0.5～3mm，所述取向纤维层和所述无规则取向纤维层的厚度比为1:1～1:10。
本发明还提供上述神经修复导管的制备方法，包括以下步骤：
(1)提供电极化纳米无机颗粒；
(2)将可降解聚合物和所述电极化纳米无机颗粒按照一定的质量比例加入有机溶剂中，搅拌均匀，配制成一定浓度的第一纺丝原液；
(3)在第一静电纺丝参数下，通过静电纺丝将所述第一纺丝原液纺丝成取向纤维膜，得到第一纤维层；
(4)称取一定量的可降解聚合物溶解于有机溶剂中，配置成一定浓度的第二纺丝原液；
(5)在第二静电纺丝参数下，通过静电纺丝将所述第二纺丝原液纺丝成无规则取向纤维膜，得到第二纤维层；
(6)将所述第一膜层和所述第二膜层卷曲成双层导管，其中，所述卷曲的方向与所述第一纤维层的纤维取向方向垂直，所述复合导管的内壁为所述第一纤维层，所述双层导管的外壁为所述第二纤维层。
优选地，步骤(6)所述将第一纤维层和第二纤维层卷曲成双层导管，具体包括：先将所述第一纤维层沿卷芯外壁卷曲成导管，所述卷曲的方向与所述第一纤维层的纤维取向方向垂直，然后再将所述第二纤维层沿所述导管的外壁并卷曲成双层导管。
优选地，步骤(6)所述将第一纤维层和第二纤维层卷曲成双层导管，具体包括：将所述第二纤维层贴附所述第一纤维层，得到双层纤维层；将所述双层纤维层沿卷芯外壁卷曲成双层导管，所述第一纤维层朝向卷芯外壁，所述卷曲的方向与所述第一纤维层的纤维取向方向垂直。
优选地，所述电极化纳米无机颗粒的电极化过程为：将纳米无机颗粒置于恒定温度为300～600℃，场强为1000～5000V/cm的极化电场中，极化1～3h得到所述电极化纳米无机颗粒。
优选地，所述有机溶剂为三氯甲烷，二氯甲烷，N,N-二甲基甲酰胺，二甲基亚砜，六氟异丙醇中的一种或多种的混合溶液，所述的聚合物分子量为50000～150000，所述第一纺丝原液和第二纺丝原液中聚合物的浓度为0.1g/ml～0.4g/ml，所述第一纺丝原液中纳米无机颗粒与聚合物的质量比为1：100～1：10。
优选地，所述第一静电纺丝参数为电压-2～15kV，收集距离10～20cm，推进速率0.5～2ml/h，滚轮转速2000～4000r/min；所述第二静电纺丝参数为电压-2～15kV，收集距离10～20cm，推进速率0.5～2ml/h，滚轮转速10～200r/min。
本发明制备得到的神经修复导管具有良好的生物相容，可生物降解，且导管内部具备定向电诱导功能，为神经细胞的定向迁移和轴突的生长提供物理信号和电化学信号，为损伤神经再生与对接提供有利的再生微环境。
附图说明
图.1是实施例1制备的神经修复导管图片；
图.2是实施例2制备的神经修复导管的横向断面图；
图.3是实施例2极化前后HA zeta电位的变化；
图.4是实施例1制备的取向可降解聚合物复合无机纳米颗粒纤维膜面扫图片，其中，A：纳米纤维图片，B：钙元素在纳米纤维中分布，C：磷元素在纳米纤维中分布，D：两种元素与纳米纤维图像组合图片；
图.5是实施例2制备的无规则纳米纤维扫描图像及纤维直径统计；
图.6是实施例3制备的无规则纳米纤维扫描图像及纤维直径统计；
图.7是实施例4制备的无规则纳米纤维扫描图像及纤维直径统计；
图.8是实施例2制备的纳米纤维生物相容性评价；
图.9是实施例2制备的纳米纤维的降解失重率；
图.10是实施例2制备的纳米纤维与神经干细胞共培养扫描电镜图片，其中，A：P(MMD-LA)/HA无规则纳米纤维，B：P(MMD-LA)/HA取向纳米纤维，C：P(MMD-LA)/HA取向电极化纳米纤维；
图.11是实施例2制备的纳米纤维与神经干细胞核膜染色图片，其中，A：P(MMD-LA)/HA无规则纳米纤维，B：P(MMD-LA)/HA取向纳米纤维，C：P(MMD-LA)/HA取向电极化纳米纤维。
具体实施方式
为更好的理解本发明，下面的实施例是对本发明的进一步说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
本发明实施例1提供一种神经修复导管，神经修复导管为双层纤维导管，内层为含有HA纳米颗粒的可降解L-丙氨酸-羟基乙酸-乳酸共聚物P(MMD-LA)取向纤维层，外层为可降解L-丙氨酸-羟基乙酸-乳酸共聚物的无规则取向纤维层。其中可降解聚合物的分子量为150000，HA纳米颗粒的表面电位为-6mV～+125mV。导管管腔直径约为1mm，管壁厚度为1mm，取向聚合物复合纳米无机颗粒纤维层和无规则取向聚合物纤维层的厚度比为1:3。
图1为实施例1提供的神经修复导管，从图1中可以看出该神经修复导管具备双层结构，内部为取向纳米纤维层，外部为无规则取向纳米纤维层，神经修复导管的长度为1.5cm，管腔直径约为1mm，管壁厚度为1mm。图3为电极化前后HA纳米粒子表面电位的变化，从图中可以看出电极化后，HA表面电位向正电位迁移，且表面电位明显升高，表明HA储存了一定的电荷。这为取向电刺激提供了电化学信号。
该神经导管纳米纤维尺寸能够有效模拟细胞外基质结构，促进神经细胞的粘附和生长，且管壁具有半通透性有利于营养物质的输送和代谢废物的排出，内层取向电诱导结构可以促进神经细胞和轴突的定向迁移和生长。
实施例2
本发明实施例2提供一种神经修复导管的制备方法，包括以下步骤：提供纳米无机颗粒；将可降解聚合物和所述纳米无机颗粒按照一定的质量比例加入有机溶剂中，搅拌均匀，配制成一定浓度的第一纺丝原液；在第一静电纺丝参数下，通过静电纺丝将所述第一纺丝原液纺丝成取向纤维膜，得到第一纤维层；称取一定量的可降解聚合物溶解于所述有机溶剂中，配置成一定浓度的第二纺丝原液；在第二静电纺丝参数下通过静电纺丝将所述第二纺丝原液纺丝成无规则取向纤维膜，得到第二纤维层；将所述第一膜层和所述第二膜层卷曲成双层导管，其中，所述卷曲的方向与所述第一纤维层的纤维取向方向垂直，所述复合导管内壁为所述第一纤维层，所述双层导管外壁为所述第二纤维层，纳米纤维膜层与层之间遇水具备自粘附功能，不需要额外的胶水将其粘接。
具体来说：内层为含有HA纳米颗粒的可降解L-丙氨酸-羟基乙酸-乳酸共聚物取向纤维层，外层为可降解L-丙氨酸-羟基乙酸-乳酸共聚物的无规则取向纤维层，其中可降解聚合物的分子量为100000。
(1)将HA装入内径为1.0cm，高度为0.5cm的氧化铝环中，夹在一对铂电极之间，在400℃条件下保温1h，并在400℃和2kVcm-1的直流(DC)电场中极化1小时，极化完成后在空气中自然冷却，得到电极化的HA。
(2)称取1g分子量为100000的L-丙氨酸-羟基乙酸-乳酸共聚物和0.05g电极化的HA，加入5ml六氟异丙醇中，利用磁力搅拌器混合均匀，得到浓度为20％(克/毫升)的第一纺丝原液。对该溶液进行静电纺丝，静电纺丝的工艺参数：正压为7kV，负压为2kV，推进速度为1ml/h，接收距离为15cm，针头型号为22G，选择转速为2400r/min的滚轮收集得到第一纤维层。
(3)称取1g分子量为100000的L-丙氨酸-羟基乙酸-乳酸共聚物，溶于5ml六氟异丙醇中，利用磁力搅拌器混合均匀，得到浓度为20％(克/毫升)的第二纺丝原液。对该溶液进行静电纺丝，静电纺丝的工艺参数：正压为7kV，负压为2kV，推进速度为1ml/h，接收距离为15cm，针头型号为22G，选择转速为10r/min的滚轮收集得到第二纤维层。
(4)将所述第一纤维层沿卷芯外壁卷曲成导管，所述卷曲的方向与所述第一纤维层的纤维取向方向垂直，然后再将所述第二纤维层沿所述导管的外壁并卷曲成双层导管，得到第一纤维层和所述第二纤维层的厚度比为1:1双层定向电诱导神经导管。
对所得神经修复导管进行生物相容性、生物降解性以及神经干细胞培养实验，结果分别如图8、9、10、11所示。可知，复合了HA的P(MMD-LA)聚合物生物相容性以及降解性与P(MMD-LA)相当，都表现出较高的生物相容性和可降解性。取向的纳米纤维相对于无规则纳米纤维表现出较好的促进细胞生长的性能，而取向电极化的纳米纤维则具有更加优异的定向电诱导功能，能够为神经细胞的定向迁移和轴突的生长提供物理信号和电化学信号，为损伤神经再生与对接提供有利的再生微环境。
实施例3
本发明实施例3提供一种神经修复导管的制备方法，与上一实施例不同的是：HA电极化条件不同，聚合物材料及静电纺丝参数不同。
具体来说：
(1)将HA装入内径为1.0cm，高度为0.5cm的氧化铝环中，夹在一对铂电极之间，在300℃条件下保温0.5h，并在600℃和1kVcm-1的直流(DC)电场中极化1小时，极化完成后在空气中自然冷却，得到电极化的HA。
(2)称取1g分子量为50000的L-丙氨酸-羟基乙酸共聚物和0.01g电极化的HA，加入到4ml六氟异丙醇中，利用磁力搅拌器混合均匀，得到浓度为25％(克/毫升)的第一纺丝原液。对该溶液进行静电纺丝，静电纺丝的工艺参数：正压为5kV，负压为2kV，推进速度为0.5ml/h，接收距离为20cm，针头大小为22G，选择转速为2000r/min的滚轮收集得到第一纤维层。
(3)称取1g分子量为50000的聚合物L-丙氨酸-羟基乙酸溶于4ml六氟异丙醇中，利用磁力搅拌器混合均匀，得到浓度为25％(克/毫升)的第二纺丝原液。对该溶液进行静电纺丝，静电纺丝的工艺参数：正压为5kV，负压为2kV，推进速度为0.5ml/h，接收距离为20cm，针头型号为22G，选择转速为100r/min的滚轮收集得到第二纤维层。
(4)将所述第一纤维层沿卷芯外壁卷曲成导管，所述卷曲的方向与所述第一纤维层的纤维取向方向垂直，然后再将所述第二纤维层沿所述导管的外壁并卷曲成双层导管，得到第一纤维层和所述第二纤维层的厚度比为1:10双层定向电诱导神经导管。
实施例4：
本发明实施例4提供一种神经修复导管的制备方法，与上一实施例不同的是：HA电极化条件不同，聚合物材料和静电纺丝参数不同。
具体来说：
(1)将HA装入内径为1.0cm，高度为0.5cm的氧化铝环中，夹在一对铂电极之间，在600℃条件下保温0.5h，并在300℃和5kVcm-1的直流(DC)电场中极化3小时，极化完成后在空气中自然冷却，得到电极化的HA。
(2)称取1g分子量为150000L-丙氨酸-羟基乙酸-乳酸共聚物和0.1g电极化的HA，溶于10ml六氟异丙醇中，利用磁力搅拌器混合均匀，得到浓度为10％(克/毫升)的第一纺丝原液。对该溶液进行静电纺丝，静电纺丝的工艺参数：正压为15kV，负压为2kV，推进速度为0.5ml/h，接收距离为10cm，针头大小为22G，选择转速为4000r/min的滚轮收集得到第一纤维层。
(3)用电子天平秤取1g分子量为150000的L-丙氨酸-羟基乙酸-乳酸共聚物溶于10ml六氟异丙醇中，利用磁力搅拌器混合均匀，得到浓度为10％(克/毫升)的第二纺丝原液。对该溶液进行静电纺丝，静电纺丝的工艺参数：正压为15kV，负压为2kV，推进速度为0.5ml/h，接收距离为10cm，针头型号为22G，选择转速为200r/min的滚轮收集得到第二纤维层。
(4)将所述第一纤维层沿卷芯外壁卷曲成导管，所述卷曲的方向与所述第一纤维层的纤维取向方向垂直，然后再将所述第二纤维层沿所述导管的外壁并卷曲成双层导管，得到第一纤维层和所述第二纤维层的厚度比为1:5双层定向电诱导神经导管。
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种神经修复导管，其特征在于，所述神经修复导管为双层纤维导管，所述导管的内层为可降解聚合物复合电极化纳米无机颗粒的取向纤维层，所述导管的外层为可降解聚合物无规则取向纤维层，其中所述取向纤维层的取向方向与所述导管轴向平行；
所述可降解聚合物包括L-丙氨酸-羟基乙酸-乳酸共聚物、L-丙氨酸-羟基乙酸共聚物、L-赖氨酸-羟基乙酸-乳酸共聚物、天冬氨酸-羟基乙酸-乳酸共聚物、甘氨酸-羟基乙酸-乳酸共聚物、甘氨酸-羟基乙酸共聚物中的任意一种或两种的组合；所述纳米无机颗粒为钙磷酸盐中的任意一种或者两种的组合。
2.根据权利要求1所述的神经修复导管，其特征在于，所述电极化纳米无机颗粒的表面电位为-50mV～+150mV。
3.根据权利要求1所述的神经修复导管，其特征在于，所述导管管腔直径为0.5～3mm，管壁厚度为0.5～3mm，所述取向纤维层和所述无规则取向纤维层的厚度比为1:1～1:10。
4.如权利要求1～3任一项所述神经修复导管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)提供电极化纳米无机颗粒；
(2)将可降解聚合物和所述电极化纳米无机颗粒按照一定的质量比例加入有机溶剂中，搅拌均匀，配制成一定浓度的第一纺丝原液；
(3)在第一静电纺丝参数下，通过静电纺丝将所述第一纺丝原液纺丝成取向纤维膜，得到第一纤维层；
(4)称取一定量的可降解聚合物溶解于有机溶剂中，配置成一定浓度的第二纺丝原液；
(5)在第二静电纺丝参数下，通过静电纺丝将所述第二纺丝原液纺丝成无规则取向纤维膜，得到第二纤维层；
(6)将所述第一纤维层和所述第二纤维层卷曲成双层导管，其中，所述卷曲的方向与所述第一纤维层的纤维取向方向垂直，所述双层导管的内壁为所述第一纤维层，所述双层导管的外壁为所述第二纤维层。
5.根据权利要求4所述的神经修复导管的制备方法，其特征在于，步骤(6)所述将第一纤维层和第二纤维层卷曲成双层导管，包括如下两种方式：
(1)先将所述第一纤维层沿卷芯外壁卷曲成导管，所述卷曲的方向与所述第一纤维层的纤维取向方向垂直，然后再将所述第二纤维层沿所述导管的外壁并卷曲成双层导管；
(2)将所述第二纤维层贴附所述第一纤维层，得到双层纤维层；将所述双层纤维层沿卷芯外壁卷曲成双层导管，所述第一纤维层朝向卷芯外壁，所述卷曲的方向与所述第一纤维层的纤维取向方向垂直。
6.根据权利要求4所述神经修复导管的制备方法，其特征在于，所述电极化纳米无机颗粒的电极化过程为：将纳米无机颗粒置于恒定温度为300～600℃，场强为1000～5000V/cm的极化电场中，极化1～3h得到所述电极化纳米无机颗粒。
7.根据权利要求4所述神经修复导管的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为三氯甲烷，二氯甲烷，N,N-二甲基甲酰胺，二甲基亚砜，六氟异丙醇中的一种或多种的混合溶液，所述的可降解聚合物分子量为50000～150000，所述第一纺丝原液和第二纺丝原液中可降解聚合物的浓度为0.1g/mL～0.4g/mL，所述第一纺丝原液中电极化纳米无机颗粒与可降解聚合物的质量比为1：100～1：10。
8.根据权利要求4所述神经修复导管的制备方法，其特征在于，所述第一静电纺丝参数为电压-2～15kV，收集距离10～20cm，推进速率0.5～2mL/h，滚轮转速2000～4000r/min；所述第二静电纺丝参数为电压-2～15kV，收集距离10～20cm，推进速率0.5～2mL/h，滚轮转速10～200r/min。
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