促进内源性神经营养因子分泌的功能性神经导管的构建及其神经修复功能研究

Nerve growth factors or neurotrophic factors have a positive effect on the repair of nerve defects. It is a common method to directly introduce exogenous neurotrophic factor into tissue engineered-nerve guide conduits. However, these exogenous neurotrophic factors in the nerve conduits are easy to be lost or be inactive. For this reason, it is of great significance to construct new nerve guide conduits with function to activate and promote the secretion of endogenous neurotrophic factors instead of using exogenous neurotrophic factors. In this project, based on our previous work, we try to construct a new functional composite nerve conduit using conductive tubes and seed cells. The conductive tubes are fabricated from hydroxyethyl cellulose (HEC), polylactic acid (PLA) and soy protein isolate (SPI). The seed cells are from the co-cultured cells including vascular endothelial growth factor (VEGF)-overexpressed dorsal root ganglion (DRG) cells and Schwann cells (SC). The new composite nerve guide conduit will be combined with electrical stimulation to bridge and repair nerve defect in animals. Effects and mechanism of the functional composite nerve guide conduit under electrical stimulation on the secretion of endogenous factors such as brain-derived neurotrophic factor (BDNF), ciliary neurotrophic factor (CNTF) and VEGF are revealed. It is expected that the problem of the loss and inactivation of exogenous factors can be resolved by enhancing the secretion of endogenous factors so as to achieve rapid regeneration and functional reconstruction of nerve. This project will provide theoretical and experimental basis for the development of new functional nerve conduits and provide modified methods for nerve defects repair.

神经生长因子或营养因子对神经缺损的修复具有积极作用，在组织工程神经导管中引入外源性神经营养因子是常用的方法，但存在易流失和失活等问题。为此，构建具有激活和促进内源性神经营养因子分泌的功能性神经导管具有重要意义。本项目拟在前期基础上，以羟乙基纤维素、聚乳酸和大豆蛋白质等为原料制备导电型导管，以过表达血管内皮生长因子(VEGF)基因改造的背根神经节(DRG)细胞与雪旺细胞(SC)共培养的DRG/SC为种子细胞，构建功能性复合型神经导管；通过动物实验，结合电刺激进行神经缺损修复，重点研究新型神经导管在电刺激作用下对脑源性神经营养因子(BDNF)、睫状神经营养因子(CNTF)和VEGF等内源性因子分泌的促进作用和影响规律，阐明通过增强内源性因子分泌而解决外源性因子易流失和失活问题的可行性和相关机制，实现神经快速再生和功能重建目的，为开发新型功能性神经导管和优化神经缺损的修复方法提供理论和实验依据。

在神经导管中引入外源性神经生长因子或营养因子而促进神经缺损的修复是常用的方法，但存在易流失和失活等问题。为此，构建具有激活和促进内源性神经营养因子分泌的功能性神经导管具有重要意义。本项目在前期基础上，以羟乙基纤维素(HEC)、聚乳酸(PLA)、羟丙基壳聚糖(HPC)和大豆蛋白质(SPI)以及聚苯胺(PANI)、聚吡咯(PPY)等为原料制备多种类型导管；再利用细胞工程改造构建的具有不同功能的特殊细胞为种子细胞，共同构建复合型神经导管；通过大鼠坐骨神经缺损动物模型进行神经缺损修复，系统评价复合型神经导管的神经缺损修复功能，重点考察种子细胞、导管结构、电刺激等因素对内源性因子分泌的促进作用和影响规律，阐明通过增强内源性因子分泌而解决外源性因子易流失和失活问题的可行性和可能机制，实现神经快速再生和功能重建目的，为开发新型功能性神经导管和优化神经缺损的修复方法提供理论和实验依据。主要成果包括三方面：第一，以HEC/SPI/PANI(或PPY)材料制备海绵导管，以过表达VEGF的施万细胞(VEGF-SC)为种子细胞，构建新型复合型神经导管(HSPS)。实验证明，其具有明显的促进内源性VEGF的分泌和促血管形成功能，从而促进神经缺损的修复和功能重建；在外加电场作用下，还具有促进内源性BDNF、GDNF等分泌的作用，从而进一步促进神经缺损的修复。第二，以PLA/SPI材料制备纳米纤维导管，以过表达BDNF或GDNF的骨髓间充质干细胞为种子细胞，构建新型复合型神经导管(PSNC)。实验证明，其具有明显的促进多种内源性因子如BDNF、GDNF、GFAP、VEGF等分泌的功能，并由此促进神经缺损的修复；当两种种子细胞联用时，其促进修复效果更优。第三，以HPC/SPI材料制备海绵导管，以骨髓间充质干细胞诱导分化来源的施万细胞为种子细胞(dBMSCs)，构建新型复合型神经导管(HCSSC)。实验证明，其具有促进Ngf，Nt-3和c-fos等因子分泌的功能，从而促进神经缺损的修复。三部分工作均证明我们的预期：以经过改造的特殊细胞为种子细胞，结合适当的导管材料构建复合型神经导管，可赋予其促进多种内源性因子分泌的功能，从而解决了外源性因子易流失和失活的问题，最终促进神经再生和功能重建。为此，本项目为开发新型功能性神经导管和优化神经缺损的修复方法提供了依据。