CN113633430A - 外周神经复合导管及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及外周神经复合导管及其制备方法与应用。外周神经复合导管,包括:纳米纤维多孔中空外管,作为支撑腔体;取向纳米纤维膜,贴附于所述纳米纤维多孔中空外管的内壁形成空腔,用于促进神经定向对接和再生;中空取向性小管,内置于由所述取向纳米纤维膜所形成的空腔中,用于加强外周神经复合导管抗压能力和取向性,引导神经有序生长;水凝胶柱,内置于所述中空取向性小管的空腔中;其中,所述纳米纤维多孔中空外管、取向纳米纤维膜和中空取向性小管均通过静电纺丝工艺制备而成。本发明提供的外周神经复合导管可根据神经生长特性自调释放血旺细胞或者神经营养因子,能够解决目前神经缺损后神经纤维再生修复问题。

Description

外周神经复合导管及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及外周神经复合导管及其制备方法与应用。
背景技术
周围神经损伤是一类发生率和致残率较高的常见损伤,其中,缺损性损伤是最常见的损伤类型。对少量缺损可行断端无张力的缝合,对于较大范围的缺损,自体神经移植仍是目前临床治疗的首选方法,但修复后结果不甚理想,尤其是较长段的缺损(>6mm)。
神经桥接导管可以用于长距离的周围神经缺损修复,是目前研究的热点方向,各种神经导管和优化设计思路不断出现。但现有神经导管的再生神经功能恢复效果还不理想,如专利CN 202010415408.0采用静电纺丝同轴共纺制备具有壳芯结构的取向纳米膜,再卷绕成仿生神经桥接管,无法负载药物、细胞及生长因子类成分。专利CN 201510822838.3将神经生长因子分散在聚合物中制备一种内外套管式神经桥接管,外层无取向起支撑作用,内层取向引导细胞生长,但由于聚合物的亲水性限制,神经生长因子释放缓慢影响神经修复效果。
综上,急需开发一种性能更优异的神经导管,解决目前神经缺损后神经再生修复问题。
发明内容
本发明实施例提供外周神经复合导管及其制备方法与应用。本发明实施例提供的外周神经复合导管可根据神经生长特性自调释放血旺细胞或者神经营养因子,能够解决目前神经缺损后神经纤维再生修复问题。
一种外周神经复合导管,包括:
纳米纤维多孔中空外管,作为支撑腔体;
取向纳米纤维膜,贴附于所述纳米纤维多孔中空外管的内壁形成空腔,用于促进神经定向对接和再生;
中空取向性小管,内置于由所述取向纳米纤维膜所形成的空腔中,用于加强外周神经复合导管抗压能力和取向性,引导神经有序生长;
水凝胶柱,内置于所述中空取向性小管的空腔中;
其中,所述纳米纤维多孔中空外管、取向纳米纤维膜和中空取向性小管均通过静电纺丝工艺制备而成。
根据本发明实施例的所述外周神经复合导管,纳米纤维多孔中空外管中的纤维丝呈无取向性状态。
根据本发明实施例的所述外周神经复合导管,取向纳米纤维膜中的纤维丝呈取向性状态。
根据本发明实施例的所述外周神经复合导管,中空取向性小管中的纤维丝呈取向性状态。
根据本发明实施例的所述外周神经复合导管,水凝胶柱由多臂聚乙二醇琥珀酰亚胺戊二酸酯与三赖氨酸盐反应而制成。优选地,所述多臂聚乙二醇琥珀酰亚胺戊二酸酯中的N-羟基琥珀酰亚胺基(-NHS)与三赖氨酸盐中的氨基(-NH2)的摩尔比为1:1~1:4;所述多臂聚乙二醇琥珀酰亚胺戊二酸酯优选包括二臂、四臂、八臂聚乙二醇琥珀酰亚胺戊二酸酯。所述三赖氨酸盐优选为三赖氨酸醋酸盐。
根据本发明实施例的所述外周神经复合导管,所述水凝胶柱负载神经生长因子、神经元细胞的纤溶酶敏感微球组分、脑源性神经营养因子、神经元细胞、干细胞的凝胶柱中的一种或几种。
根据本发明实施例的所述外周神经复合导管,静电纺丝所用原料包括:丝素蛋白、壳聚糖、明胶、聚乳酸、聚己内酯、丙交酯乙交酯共聚物中的一种或几种材料的共混物;所用溶剂包括:二氯甲烷、三氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺、六氟异丙醇、二甲基亚砜、乙酸乙酯。
优选地,制备所述纳米纤维多孔中空外管的原料为聚乳酸聚己内酯共聚物,其中,聚己内酯的摩尔含量为10-25%;更优选以四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺按体积比为5:5-8:2的混合液作为溶剂,更优选体积比为6:4。
优选地,制备所述取向纳米纤维膜和中空取向性小管的原料为聚乳酸聚己内酯共聚物,其中,聚己内酯的摩尔含量为10-25%;更优选以四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺按体积比为6:4-7:3的混合液作为溶剂。
本发明还提供一种外周神经复合导管的制备方法,包括:
提供纳米纤维多孔中空外管;
提供取向纳米纤维膜,贴附于所述纳米纤维多孔中空外管的内壁形成空腔;
提供中空取向性小管,内置于由所述取向纳米纤维膜所形成的空腔中;
提供水凝胶柱,内置于所述中空取向性小管的空腔中。
根据本发明实施例,制备所述纳米纤维多孔中空外管的静电纺丝参数如下:电压10-30kv,推速0.5-2ml/h,接收距离8-15cm,旋转接收器直径2.1-11mm,转速50-200rpm。
根据本发明实施例,制备所述取向纳米纤维膜和中空取向性小管的静电纺丝参数如下:电压10-30kv,推速0.5-3ml/h,接收距离8-15cm,旋转接收器直径10-20cm,转速1200-3000rpm。
根据本发明实施例,制备所述纳米纤维多孔中空外管、取向纳米纤维膜和中空取向性小管的原料粘度为0.5-4.0dl/g;以溶剂制成浓度8-15%电纺液,进行静电纺丝。
本发明还包括上述方法制备的外周神经复合导管。
本发明实施例外周神经复合导管,由外向内第一层为静电纺丝制备的纳米纤维多孔中空管作为支撑腔体;第二层为静电纺丝制备的取向纳米纤维膜卷绕成取向管促进神经定向再生;第三部分为内置中空取向小管,加强导管抗压能力和取向性;第四部分为在内置纤维导管腔体内载有神经生长因子或神经元细胞的纤溶酶敏感凝胶柱,同时起到控释释药和取向的作用。四部分从多方面改善神经再生的微环境,加速神经再生修复。
本发明还提供所述外周神经复合导管在制备用于促进神经修复的材料中的应用。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
1)本发明实施例外周神经复合导管采用静电纺丝技术制备的第一层纳米纤维多孔中空外管可以给导管生长空间的和物质交换的同时,又提供较高的机械抗压强度。
2)本发明实施例外周神经复合导管第二层为取向纳米纤维膜,通过对纤维丝的排列方式进行改善,进一步巩固导管强度并引导神经定向再生。
3)神经再生生长锥头部分泌纤溶酶原激活剂能够促使纤溶酶原转化成为纤溶酶。本发明实施例制备纤溶酶敏感的给药系统,水凝胶柱复合有载有雪旺细胞或者神经营养因子的纤溶酶敏感微球,可以控制营养因子或者神经元细胞随着神经再生而不断地根据生理机能局部释放,达到控释效果。同时,亲水性的凝胶柱可以增强神经元细胞的粘附和迁移,还可在神经受损后根据体内纤溶酶表达的增高,智能释放雪旺细胞和神经营养因子,加快神经修复的效果,另外凝胶柱的方向和中空取向性小管的纺丝排列方向,都增加了复合导管的取向性。
附图说明
图1为本发明实施例外周神经复合导管的横截面示意图。
图2为实施例1制备的纳米纤维多孔中空外管的显微照片。
图3为实施例1制备的取向纳米纤维膜的显微照片。
图4和图5分别为实施例2制备的纳米纤维多孔中空外管的显微照片。
图6和图7分别实施例2制备的两种取向纳米纤维膜的显微照片。
图8和图9分别为实验例1中第1组、第2组外周神经复合导管的再生神经横切面HE染色图。
图10、图11和图12分别为实验例2中第1组、第2组及第3组外周神经复合导管的HE染色图。
图13为第1组外周神经复合导管桥接完成图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者,按照本领域内的文献所描述的技术或条件,或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。
如图1所示,本发明实施例一种外周神经复合导管,包括纳米纤维多孔中空外管1,作为支撑腔体;取向纳米纤维膜2,贴附于纳米纤维多孔中空外管1的内壁形成空腔,用于促进神经定向对接和再生;中空取向性小管3,内置于(或设置于)由取向纳米纤维膜2所形成的空腔中,用于加强外周神经复合导管抗压能力和取向性,引导神经有序生长;水凝胶柱4,内置于(或设置于)中空取向性小管3的空腔中。纳米纤维多孔中空外管1、取向纳米纤维膜2和中空取向性小管3均可通过静电纺丝工艺制备而成。
所述外周神经复合导管可从多方面改善神经再生的微环境,加速神经再生修复。
在一些实施例中,由所述取向纳米纤维膜2所形成的空腔中不设置有水凝胶柱4。
在一些实施例中,中空取向性小管3的内部留有空隙。研究发现,通过在由所述取向纳米纤维膜2所形成的空腔中及中空取向性小管3的空腔留有空隙,有利于促进细胞迁移和神经生长。
在一些实施例中,水凝胶柱4可负载神经生长因子、神经元细胞的纤溶酶敏感微球组分、脑源性神经营养因子、神经元细胞、干细胞的凝胶柱中的一种或几种。
在一些实施例中,水凝胶柱4可负载神经生长因子和/或神经元细胞的纤溶酶敏感微球组分,同时起到控释释药和引导神经有序生长的作用。
在一些实施例中,水凝胶柱4可负载神经营养因子(NGF、脑源性神经营养因子BDNF等)、神经元细胞、干细胞的凝胶柱。
在一些实施例中,水凝胶柱4的长度为1-5cm,直径0.2-0.8mm。每个外周神经复合导管中水凝胶柱数量为3-500根,或可根据临床修复神经缺损的药物浓度需求而调整水凝胶柱数量。这样既起到一定的管支撑作用,还预留足够的空间给与神经再生。
所述外周神经复合导管可通过静电纺丝技术和原位水凝胶载体技术制备。
在一些实施例中,纳米纤维多孔中空外管1、取向纳米纤维膜2和中空取向性小管3,通过静电纺丝技术制备而成。其中,静电纺丝所用原料包括:丝素蛋白、壳聚糖、明胶、聚乳酸、聚己内酯、丙交酯乙交酯共聚物中的一种或者以上几种材料的共混物;所用溶剂包括:二氯甲烷、三氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、六氟异丙醇、二甲基亚砜(DMSO)、乙酸乙酯等中的至少一种。
在一些实施例中,纳米纤维多孔中空外管1为静电纺丝技术制备的纳米纤维多孔中空管,内径为2.1-11mm,长度2-6cm,厚度(指壁厚,下同)0.25-1.0mm。外周神经各位置粗细不同,最粗可到10mm,最细的小于2mm。内径2.1-11mm的纳米纤维多孔中空外管1可以满足各部位神经修复。长度2-6cm的纳米纤维多孔中空外管1可以适应大多外周神经的修复。大于6cm的神经,缺损过长,神经再生修复结果不理想,通常由神经自体移植替代。另外,纳米纤维多孔中空外管1的厚度达到0.25-1.0mm,这样即使其为内径10mm时也可达到一定抗压性能。
如图2所示,纳米纤维多孔中空外管1中的纤维丝呈无取向性状态。实验证明,与由呈取向性状态的纤维丝所制成的中空外管相比,纳米纤维多孔中空外管1中的纤维丝呈无取向性状态可以使制备的外周神经复合导管具有更高的机械抗压性能,让导管移植后在肌肉间隙中保持一定的支持空间,避免挤压再生通道。
在一些实施例中,纳米纤维多孔中空外管1的制备方法包括,采用上述聚乳酸聚己内酯共聚物(聚己内酯(PCL)摩尔含量为10-25%)作为静电纺丝原料,粘度优选0.5-4.0dl/g,用上述一种溶剂或者多种溶剂混合液,优选制备成浓度8-15%(质量体积分数,W/V,g/ml)电纺液,进行静电纺丝。静电纺丝参数如下:电压10-30kv,推速0.5-2ml/h,接收距离8-15cm,旋转接收器直径2.1-11mm,转速50-200rpm,纺出的中空管厚度0.25-1.0mm。
实验发现,制备纳米纤维多孔中空外管1的原料例如上述聚乳酸聚己内酯共聚物,粘度为0.5-4.0dl/g时既可以保证纳米纤维多孔中空外管1有一定的力学性能和降解周期,又利于纺丝。
实验发现,制备纳米纤维多孔中空外管1的原料例如上述聚乳酸聚己内酯共聚物,以溶剂制备成浓度8-15%(质量体积分数,W/V,g/ml)电纺液。溶液的浓度对溶液粘度有关,浓度越高,粘度越大,电场力难以克服溶液内部黏力纺丝;溶液浓度越小,粘度越小,不易纺丝或纺丝太短为断丝。
在一些实施例纳米纤维多孔中空外管1的制备方法中,以四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺按体积比为5:5-8:2的混合液作为溶剂,优选体积比为6:4。
在一些实施例中,取向纳米纤维膜2中的纤维丝呈取向性状态。
在一些实施例中,取向纳米纤维膜2为纤维丝制备的取向纳米纤维膜卷绕成。
在一些实施例中,取向纳米纤维膜2的长度为2-6cm。
在一些实施例中,取向纳米纤维膜2的厚度是0.05-0.5mm,其形成的空腔的内径为2-10mm。不同部位的神经粗细不同。取向纳米纤维膜2形成的空腔的内径在2-10mm内可以满足多数外周神经的套接。若取向纳米纤维膜厚度太厚,不易于自身粘合;厚度太薄,则在内接或贴附纳米纤维多孔中空外管1内壁的过程中容易褶皱;大量实验发现,取向纳米纤维膜2的厚度在0.05-0.5mm是较为合适的。
如图3所示,取向纳米纤维膜2中的纤维丝呈有序的取向性状态,这样可以使神经在修复早期的神经细胞迁移过程中,促进细胞快速从近端向远端迁移,从而加快神经再生修复的效果。
在一些实施例中,取向纳米纤维膜2的制备方法包括,采用上述一种聚合物或多种聚合物作为静电纺丝原料,具体例如聚乳酸聚己内酯共聚物(PCL摩尔含量为10-25%),粘度优选0.5-4.0dl/g,用上述一种溶剂或者多种溶剂混合液,优选制备成浓度8-15%(质量体积分数,W/V,g/ml)电纺液,进行静电纺丝。静电纺丝参数如下:电压10-30kv,推速0.5-3ml/h,接收距离8-15cm,旋转接收器直径10-20cm,转速1200-3000rpm,纺出的取向纳米纤维膜厚度为0.05-0.5mm,随后沿着旋转接收器垂直方向卷绕成型。
研究发现,可以通过控制静电纺丝的转速及旋转接收器的形状使纤维丝呈有序的取向性状态,从而获得取向纳米纤维膜。具体来说,静电纺丝的转速应控制在1200-3000rpm,优选旋转接收器的形状为圆柱形。
在一些实施例取向纳米纤维膜2的制备方法中,以四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺按体积比6:4-7:3的混合液作为溶剂,二者的体积可选为6:4或7:3。
在一些实施例中,中空取向性小管3中的纤维丝呈取向性状态。
在一些实施例中,中空取向性小管3为纤维丝制备的取向纳米纤维膜卷绕成。
在一些实施例中,中空取向性小管3的长度为1-5cm。
在一些实施例中,中空取向性小管3的内径为0.5-2.0mm,厚度是0.05-0.5mm。研究发现,对于中空取向性小管3,若取向纳米纤维膜厚度太厚,不易于自身粘合;若厚度太薄,则卷膜成管后抗压性能太差,不能满足使用需要。若中空取向性小管3的内径太小,内部放较多的水凝胶柱4时容易造成导管内部空间填充过满;若内径太大,纤维膜成管后抗压力会很小,因此内径0.5-2.0mm为宜。
可以理解,中空取向性小管3的外径小于或等于由取向纳米纤维膜2所形成的空腔的内径,从而可以使得中空取向性小管3内置于(或内置于)由取向纳米纤维膜2所形成的空腔内部。
在一些实施例中,每个外周神经复合导管中的中空取向性小管3的数量为3-60个,例如3个、6个、10个、12个、20个、30个、40个、50个、60个。中空取向性小管3数目过少导致通道数减少,影响神经的取向性修复生长;另外,若中空取向性小管3太多,会使导管内部填充过满,而无生长的空间。由于外周神经复合导管套接在神经断端会有约5mm的缝合部位,两端少1cm左右,故中空取向性小管3的长度要比纳米纤维多孔中空外管1短1cm左右(可参见图13)。
中空取向性小管3的制备方法可参照上文取向纳米纤维膜2的制备方法。
在一些实施例中,中空取向性小管3还具有热记性。中空取向性小管3在受到挤压后,在低温条件下,不易回弹,而在37℃左右时,能够较快的回弹至原始管状形态。
在一些实施例中,水凝胶柱4由多臂聚乙二醇琥珀酰亚胺戊二酸酯与三赖氨酸盐反应而制成。其中,多臂聚乙二醇琥珀酰亚胺戊二酸酯中的N-羟基琥珀酰亚胺基(-NHS)与三赖氨酸盐中的氨基(-NH2)摩尔比优选为1:1~1:4。所述多臂聚乙二醇琥珀酰亚胺戊二酸酯包括二臂、四臂、八臂聚乙二醇琥珀酰亚胺戊二酸酯。
在一些实施例中,将制备的凝胶柱拉长至2-4倍干燥作为取向凝胶柱,内置于中空取向性小管3的空腔中。
在一些实施例中,所述三赖氨酸盐为三赖氨酸醋酸盐。
在一些实施例中,将纳米纤维多孔中空外管1、取向纳米纤维膜2、中空取向性小管3和水凝胶柱4组装,即可制成外周神经复合导管。
本文中,所述粘度是指原料质量体积浓度0.5%的粘度(溶剂采用三氯甲烷)可采用药典0633粘度测定法第二法(乌式毛细管黏度计测定法)检测。
本发明实施例提供的外周神经复合导管是一种高灵敏度自调控缓释取向性复合仿生导管,可根据神经生长特性自调释放血旺细胞或者神经营养因子,能够解决目前神经缺损后神经纤维再生的无序生长和再生速度较慢的问题,在提供神经再生的物理支架和空间后,给予促进神经修复的细胞和生长因子组分,使机体在外周神经受损后,自调控释放神经营养因子或者神经元细胞,引导神经定向有序和精准对接再生。
以下所用NGF(神经生长因子)为恩经复(注射用鼠神经生长因子),未名生物医药有限公司,18ug/瓶。
实施例1
如图1所示,本实施例提供一种外周神经复合导管,包括纳米纤维多孔中空外管,作为支撑腔体;取向纳米纤维膜,贴附于纳米纤维多孔中空外管的内壁形成空腔,用于促进神经定向对接和再生;中空取向性小管,内置于由所述取向纳米纤维膜所形成的空腔中,用于加强外周神经复合导管抗压能力和取向性,引导神经有序生长;水凝胶柱,内置于中空取向性小管中。
本实施例外周神经复合导管具体制备方法如下:
1)纳米纤维多孔中空外管的制备
采用聚乳酸-聚己内酯共聚物(PCL摩尔含量10%)作为起始原料,粘度1.0dl/g,四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺作为溶剂(两种溶剂的体积比6:4),制备的电纺液浓度15%(质量体积分数,W/V,g/ml)。
静电纺丝参数如下:电压15kv,推速1.5ml/h,接收距离10cm,旋转接收器直径2mm,转速50rpm。纺出的纳米纤维多孔中空外管,内径2.1mm,长度2cm,厚度0.45mm。
本实施例1制备的纳米纤维多孔中空外管的显微照片见图2。
2)取向纳米纤维膜的制备
采用聚乳酸-聚己内酯共聚物(PCL摩尔含量10%)作为起始原料,粘度1.0dl/g,四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺作为溶剂(两种溶剂的体积比6:4),制备的电纺液浓度10%(质量体积分数,W/V,g/ml)。
静电纺丝参数如下:电压12kv,推速2ml/h,接收距离10cm,旋转接收器直径10cm,转速1500rpm,纺出厚度0.05mm的取向纤维膜,随后沿着圆柱形旋转接收器垂直方向卷绕在模具上,卷绕成取向纳米纤维膜,厚度0.05mm,长度2cm,其卷绕形成的空腔的内径为2mm。
本实施例制备的取向纳米纤维膜的的显微照片见图3。
3)中空取向性小管的制备
采用与步骤2)相同的方法制备取向纳米纤维膜,沿着旋转接收器垂直方向卷绕在模具(直径0.9mm)制备成中空取向性小管,内径0.9mm、长度1cm、厚度0.05mm。
4)水凝胶柱的制备
四臂聚乙二醇琥珀酰亚胺戊二酸酯与三赖氨酸醋酸盐采用缓冲盐溶液分别溶解,两组分混合,涡旋20s,注入硅胶管中,交联固化制备水凝胶柱。其中,四臂聚乙二醇琥珀酰亚胺戊二酸酯中的N-羟基琥珀酰亚胺基(-NHS)与三赖氨酸醋酸盐中的氨基(-NH2)摩尔比为1:1。水凝胶柱:直径0.5mm、长度2cm。
组装:将纳米纤维多孔中空外管、取向纳米纤维膜、中空取向性小管和水凝胶柱组装,每个外周神经复合导管中的中空取向性小管的数量为3个,每个中空取向性小管中水凝胶柱的数量为3根,即可制成外周神经复合导管,其横截面示意图参见图1。
实施例2
如图1所示,本实施例提供一种外周神经复合导管,包括纳米纤维多孔中空外管,作为支撑腔体;取向纳米纤维膜,贴附于纳米纤维多孔中空外管的内壁形成空腔,用于促进神经定向对接和再生;中空取向性小管,内置于由所述取向纳米纤维膜所形成的空腔中,用于加强外周神经复合导管抗压能力和取向性,引导神经有序生长;水凝胶柱,内置于中空取向性小管中。
本实施例外周神经复合导管具体制备方法如下:
1)纳米纤维多孔中空外管的制备
采用聚乳酸-聚己内酯共聚物(PCL摩尔含量10%)作为起始原料,粘度1.0dl/g;以四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺作为溶剂,制备的电纺液浓度12%(质量体积分数,W/V,g/ml)。
样品S21:溶剂中四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺的体积比为8.5:1.5;
样品S22:溶剂中四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺的体积比为6:4。
静电纺丝参数如下:电压23kv,推速1ml/h,接收距离10cm,旋转接收器直径6mm,转速50rpm。纺出的纳米纤维多孔中空外管,内径6.2mm、长度3cm、厚度0.6mm。
样品S21、样品S22的显微照片分别见图4和图5。
结果可见,与样品S22相比,样品S21的显微镜下微结构纤维丝不够光滑,孔结构较小,中间掺有碎珠。
进一步实验结果表明,溶剂中四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺的体积比为5:5-8:2是较为合适的,所制备的导管显微结构纤维丝光滑,孔结构适中。
2)取向纳米纤维膜的制备
采用聚乳酸-聚己内酯共聚物(PCL摩尔含量10%)作为起始原料,粘度1.0dl/g,四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺作为溶剂(两种溶剂体积比7:3),制备的电纺液浓度10-15%(质量体积分数,W/V,g/ml)。
静电纺丝参数如下:电压12kv,推速2ml/h,接收距离12cm,旋转接收器直径10cm,设定转速,纺出厚度0.1mm的取向纤维膜,随后沿着旋转接收器垂直方向卷绕在模具上,卷绕成取向纳米纤维膜,厚度0.10mm,长度3cm,其卷绕形成的空腔的内径为6mm。
样品S23:转速为1500rpm;
样品S24:转速为3100rpm。
样品S23、样品S24的显微照片分别见图6和图7。
结果可见,与样品S24相比,取向纤维膜样品S23的电镜显微结构的取向性更高。进一步实验结果表明,为保证纤维膜的取向性更高,应使转速控制在1200-3000rpm。
3)中空取向性小管的制备
采用聚乳酸-聚己内酯共聚物(PCL摩尔含量10%)作为起始原料,粘度1.0dl/g,四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺作为溶剂(两种溶剂体积比7:3),制备的电纺液浓度10%(质量体积分数,W/V,g/m)。
静电纺丝参数如下:电压15kv,推速2ml/h,接收距离10cm,旋转接收器直径10cm,转速1500rpm,纺出厚度0.1mm取向纤维膜,随后沿着旋转接收器垂直方向卷绕在模具(直径0.9mm),制备中空取向性小管,内径0.9mm、长度2cm、厚度0.10mm。
4)水凝胶柱的制备
四臂聚乙二醇琥珀酰亚胺戊二酸酯与三赖氨酸醋酸盐采用缓冲盐溶液(磷酸盐缓冲液,pH=7.3)分别溶解,两组分混合,涡旋20s,注入硅胶管中,交联固化制备水凝胶柱。其中,四臂聚乙二醇琥珀酰亚胺戊二酸酯中的N-羟基琥珀酰亚胺基(-NHS)与三赖氨酸醋酸盐中的氨基(-NH2)摩尔比为1:1。其中,在溶解三赖氨酸醋酸盐过程中,加入NGF(500ng/ml),随后与四臂聚乙二醇琥珀酰亚胺戊二酸酯反应交联,NGF便负载在水凝胶上。水凝胶柱,直径0.5mm、长度3cm。
组装:将纳米纤维多孔中空外管、取向纳米纤维膜(样品S22)、中空取向性小管(样品S23)和水凝胶柱组装,每个外周神经复合导管中的中空取向性小管的数量为12个,每个中空取向性小管中水凝胶柱的数量为3根,即可制成外周神经复合导管,横截面示意图参见图1。
实施例3
本实施例提供一种外周神经复合导管,其与实施例1的区别仅在于水凝胶柱的制备方法不同,具体如下:四臂聚乙二醇琥珀酰亚胺戊二酸酯与三赖氨酸醋酸盐采用缓冲盐溶液分别溶解,两组分混合,涡旋20s,注入硅胶管中,交联固化制备水凝胶柱。四臂聚乙二醇琥珀酰亚胺戊二酸酯中的N-羟基琥珀酰亚胺基(-NHS)与三赖氨酸醋酸盐中的氨基(-NH2)摩尔比为1:1。其中,在溶解三赖氨酸醋酸盐过程中,加入NGF(500ng/ml),随后与四臂聚乙二醇琥珀酰亚胺戊二酸酯反应交联,NGF便负载在水凝胶上。
对比例1
一种外周神经复合导管,与实施例3的区别仅在于中空取向性小管的纤维丝呈无取向性状态,具体制备方法如下:
采用聚乳酸-聚己内酯共聚物(PCL摩尔含量10%)作为起始原料,粘度1.0dl/g,四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺作为溶剂(两种溶剂的体积比6:4),制备的电纺液浓度10%(质量体积分数,W/V,g/ml)。
静电纺丝参数如下:电压12kv,推速2ml/h,接收距离10cm,旋转接收器直径10cm,转速50rpm,纺出厚度0.05mm的取向纤维膜,随后沿着圆柱形旋转接收器垂直方向卷绕在模具上,卷绕成无取向纳米纤维膜,内径0.9mm,长度1cm,厚度0.05mm。
对比例2
一种外周神经复合导管,与实施例2的区别仅在于:没有中空取向性小管;水凝胶柱直接放置于由取向纳米纤维膜所形成的空腔中。
对比例3
一种外周神经复合导管,与实施例2的区别仅在于:不含有水凝胶柱。
对比例4
一种复合导管,与实施例1的区别仅在于:制备纳米纤维多孔中空外管的起始原料聚乳酸-聚己内酯共聚物中,PCL摩尔含量为8%。
对比例5
一种复合导管,与实施例1的区别仅在于:制备纳米纤维多孔中空外管的起始原料聚乳酸-聚己内酯共聚物中,PCL摩尔含量为30%。
实验例1体内动物实验
(1)实验动物及移植手术过程
健康成年雄性SD大鼠12只,体重250-300g,将其随机分为2组,每组6只。
第1组为实施例3制备的外周神经复合导管。
第2组为对比例1制备的外周神经复合导管。
(2)动物手术过程如下:10%水合氯醛400mg/kg腹腔麻醉,股后部正中切口,暴露右后肢中段坐骨神经,切除坐骨神经1cm,分别在坐骨神经缺损部位移植实施例3(第1组)和对比例1(第2组)外周神经复合导管。导管移植后手术线缝合吻合口,缝合肌肉和皮肤。术后各组常规饲养,三个月后取材,行纵切,免疫荧光染色。
第1组及第2组中典型的神经再生横切面HE染色图分别见图8和图9。
由图8可见,横切面神经轴突位于每条神经中央,呈深红色圆点状,其外层为粉红色髓鞘结构,髓鞘外层为神经膜。由图9可以看出,部分神经纤维轴突消失,髓鞘结构不清晰,神经膜结构不完整,神经束内可见较多新生毛细血管。
实验例2体内动物实验
(1)实验动物及移植手术过程
比格犬,9只,体重7-8kg,将其随机分为3组,每组3只。
第1组为实施例2制备的外周神经复合导管。
第2组为对比例2制备的外周神经复合导管。
第3组为对比例3制备的外周神经复合导管。
(2)动物手术过程如下:10%水合氯醛400mg/kg腹腔麻醉,股后部正中切口,暴露右后肢中段坐骨神经,切除坐骨神经2cm,分别在坐骨神经缺损部位移植实施例2(第1组)、对比例2(第2组)和对比例3(第3组)外周神经复合导管。导管移植后手术线缝合吻合口,缝合肌肉和皮肤。术后各组常规饲养,于术后90d将神经组织取出,长约3cm,固定、脱水、透明、浸蜡、包埋,横切。HE染色。
第1组、第2组及第3组外周神经复合导管的HE染色图分别见图10、图11和图12。
由图10可见,第1组横切面神经轴突位于每条神经中央,呈红色圆点状,其外层为粉红色髓鞘结构,髓鞘外层为神经膜,病理结果显示,神经组织走行正常,排列整齐,在神经束膜包绕下,形成圆形或椭圆形神经束,套接取向性中空内管的复合导管其修复效果更佳。
由图11可见,第2组神经束内神经纤维排列紊乱,神经轴突消失或偏离中央位置,髓鞘结构不清晰,神经膜结构不完整。
由图12可见,第3组神经组织走行正常,排列略显紊乱,神经束膜明显增厚,排列形状不规则,疏松弯曲。
HE染色显示,第1组比第2组和第3组神经再生更好。
第1组外周神经复合导管桥接完成(两端预留缝线距离)可参见图13。
实验例3机械性能实验
以实施例1的方法制备纳米纤维多孔中空外管(内径2.1mm,厚度0.45mm,裁剪成长度1cm),编号为C管。
以对比例4的方法制备纳米纤维多孔中空外管(内径2.1mm,厚度0.45mm,裁剪成长度1cm),编号为D管。
以对比例5的方法制备纳米纤维多孔中空外管(内径2.1mm,厚度0.45mm,裁剪成长度1cm),编号为E管。
将C、D、E三种管采用万能拉力试验机测量抗压性能(压缩至导管外径的60%力的大小)和导管弹性回复率(导管压缩至60%后5min后外径恢复程度)。结果见下表。
导管编号 60%压缩力(N) 5min弹性回复率
C 0.332 92%
D 1.264 75%
E 0.166 99%
结果:60%压缩力(N)可以表征导管在肌肉间隙中的抗压力,5min弹性回复率可以表征导管受压后自身恢复能力。避免神经再生空间减少,理想条件应该抗压力和弹性回复率尽可能高为好。D管弹性恢复率较少。E管抗压力为0.166N,小于0.25N(同类已上市神经导管Reaxon Plus 510(k)Summary中所提),因此以选用聚乳酸聚己内酯共聚物(PCL摩尔含量10%-25%)为宜。
虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种外周神经复合导管,包括:
纳米纤维多孔中空外管,作为支撑腔体;
取向纳米纤维膜,贴附于所述纳米纤维多孔中空外管的内壁形成空腔,用于促进神经定向对接和再生;
中空取向性小管,内置于由所述取向纳米纤维膜所形成的空腔中,用于加强外周神经复合导管抗压能力和取向性,引导神经有序生长;
水凝胶柱,内置于所述中空取向性小管的空腔中;
其中,所述纳米纤维多孔中空外管、取向纳米纤维膜和中空取向性小管均通过静电纺丝工艺制备而成。
2.根据权利要求1所述的外周神经复合导管,其中,所述纳米纤维多孔中空外管中的纤维丝呈无取向性状态;和/或,
所述取向纳米纤维膜中的纤维丝呈取向性状态;和/或,
所述中空取向性小管中的纤维丝呈取向性状态。
3.根据权利要求1或2所述的外周神经复合导管,其中,所述水凝胶柱由多臂聚乙二醇琥珀酰亚胺戊二酸酯与三赖氨酸盐反应而制成;
优选地,所述多臂聚乙二醇琥珀酰亚胺戊二酸酯中的N-羟基琥珀酰亚胺基(-NHS)与三赖氨酸盐中的氨基(-NH2)的摩尔比为1:1~1:4;所述多臂聚乙二醇琥珀酰亚胺戊二酸酯优选包括二臂、四臂、八臂聚乙二醇琥珀酰亚胺戊二酸酯;
所述三赖氨酸盐优选为三赖氨酸醋酸盐。
4.根据权利要求1-3任一项所述的外周神经复合导管,其中,所述水凝胶柱负载神经生长因子、神经元细胞的纤溶酶敏感微球组分、脑源性神经营养因子、神经元细胞、干细胞的凝胶柱中的一种或几种。
5.根据权利要求1-4任一项所述的外周神经复合导管,其中,静电纺丝所用原料包括:丝素蛋白、壳聚糖、明胶、聚乳酸、聚己内酯、丙交酯乙交酯共聚物中的一种或几种材料的共混物;所用溶剂包括:二氯甲烷、三氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺、六氟异丙醇、二甲基亚砜、乙酸乙酯;
优选地,制备所述纳米纤维多孔中空外管的原料为聚乳酸聚己内酯共聚物,其中,聚己内酯的摩尔含量为10-25%;更优选以四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺按体积比为5:5-8:2的混合液作为溶剂,更优选体积比为6:4;
优选地,制备所述取向纳米纤维膜和中空取向性小管的原料为聚乳酸聚己内酯共聚物,其中,聚己内酯的摩尔含量为10-25%;更优选以四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺按体积比为6:4-7:3的混合液作为溶剂。
6.权利要求1-5任一项所述外周神经复合导管的制备方法,包括:
提供纳米纤维多孔中空外管;
提供取向纳米纤维膜,贴附于所述纳米纤维多孔中空外管的内壁形成空腔;
提供中空取向性小管,内置于由所述取向纳米纤维膜所形成的空腔中;
提供水凝胶柱,内置于所述中空取向性小管的空腔中。
7.根据权利要求6所述外周神经复合导管的制备方法,其中,制备所述纳米纤维多孔中空外管的静电纺丝参数如下:电压10-30kv,推速0.5-2ml/h,接收距离8-15cm,旋转接收器直径2.1-11mm,转速50-200rpm;和/或,
制备所述取向纳米纤维膜和中空取向性小管的静电纺丝参数如下:电压10-30kv,推速0.5-3ml/h,接收距离8-15cm,旋转接收器直径10-20cm,转速1200-3000rpm。
8.根据权利要求6或7所述外周神经复合导管的制备方法,其中,制备所述纳米纤维多孔中空外管、取向纳米纤维膜和中空取向性小管的原料粘度为0.5-4.0dl/g;以溶剂制成浓度8-15%电纺液,进行静电纺丝。
9.权利要求6-8任一项所述方法制备的外周神经复合导管。
10.权利要求1-5、9任一项所述外周神经复合导管在制备用于促进神经修复的材料中的应用。
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