神经再生中电信号传导模式的功能研究及其在神经导管中的应用

Electric signals stimulate and guide nerve regeneration. However, the way that action potentials are propagated along nerve cell axons is saltatory conduction, instead of continuous conduction. The function of this unique propagation mode during nerve regeneration is unknown yet. We have designed a highly conductive, biological compatible and flexible polymer for recording nerve electric signals and stimulating nerves. The current study will utilize the new conductive polymer to produce a set of conductive nerve guidance conduits with different inside wiring, to mimic above-mentioned saltatory conduction and other possible action potential propagation modes. The aim is to study how these propagation modes influence nerve regeneration. The results will have potential applications in the design of nerve guidance conduits for transplantation.

大量研究表明，电刺激对神经再生有明显的促进和导向作用。与在导体中不同，电信号沿神经纤维呈跳跃式传导。这种独特的传导模式在神经再生过程中的意义尚不明确。在前期工作中，我们研制出一种具有高导电率和生物相容性的柔性导电聚合物材料，可用于神经信号采集和刺激。在此基础上，本研究拟使用该材料制作可生物降解的新型导电神经导管，并建立一套具有不同几何构型的导电神经导管模型，以实现电信号的多种传导模式，从而研究电信号传导模式在神经再生中的功能。这将对提高人造神经导管移植手术的效果，推动神经导管的临床应用起到积极作用。

电刺激对神经再生有明显的促进和导向作用，现有的研究工作大多是用金属电极或刚性导电聚合物电极进行电刺激，这些电极材料缺乏柔性，与生物组织的相容性较差，无法做成具有导电性的神经导管。在本课题中，我们主要围绕柔性导电聚吡咯材料的设计和优化、柔性电极与神经细胞的相互作用、导电神经导管的构建和测试三个方面展开研究，概要如下：（1）我们发现，前期设计制备的PPy-PCTC材料的导电性在生物体液环境中下降很快，严重影响了其作为导电神经导管材料的应用。为解决这一问题，我们设计并优化出一种具有高电导率、高稳定性和良好生物相容性的柔性PPy-PEE复合材料，可以在生物体液环境中长时间保持良好的导电性。（2）将PPy-PEE复合材料做成柔性电极，PC-12细胞可以良好的贴附在PPy-PEE复合材料上并生长和分化，得到平均长度达150微米的突起。通过在PPy-PEE复合材料上施加脉冲电刺激，可以进一步诱导PC-12细胞的生长和分化，得到平均长度达500微米的突起，并连成网状。（3）将PPy-PEE材料与胶原蛋白结合，制作了不同结构的导电神经导管，测试了导管的机械性能、导电性能和生物相容性。因此，本项目研究工作是针对目前人造神经导管领域的重要科学问题，具有良好的科研意义和实用价值，研究成果对推动神经导管的临床应用可以起到积极作用。