多通道海绵神经导管的结构设计与性能调控策略及其神经修复功能和机理的研究

The structure and properties of nerve conduits are very important for the rapid regeneration of nerve and reconstruction of nerve function. Our research indicated that the multi-channel cellulose/soy protein composite sponge nerve conduits could induce the proximal injured nerve to regenerate fast along the channel and to connect the disal injured nerve. At the same time, we also found that only a few nerve fibers regenerated along the channels because of the occurrence of the channel walls, which resulted in the limited number of regenerated nerve fibers and the reconstruction of nerve function. Thus, we come up with a new idea as following. Firstly, a new multi-channel cellulose-derivatives/soy protein composite sponge with two-layer structure will be fabricated by two-step method; and the inner layer and outside layer of the conduit were designed with different degradability or dissolubility. Then the new nerve conduit will be used to repair the nerve defect in rats. The proximal injured nerve may be induced to regenerate fast along the small channels and connect the distal injured nerve (this regeneration is called as the first regeneration in this work). Following, the wall of the channels (the inner side of the conduit) will be degraded or dissolved rapidly to from a new channel, and the new channel will induce the injured nerve to take place a secondary regeneration. Finally, the outside of the conduit will be degraded gradually and the nerve defect will be repaired. In this work, based on the stratiges of structure design and properties adjust of nerve conduits, a new kind of nerve donduit may be gained and the mechanism of nerve repair may be disclosed due to the realization of two times of nerve regeneration.

神经导管的结构与性能对其引导神经快速再生和功能重建具有重要意义。我们的研究表明，多通道纤维素/大豆蛋白质复合海绵神经导管可引导受损神经沿通道快速再生并与远端神经对接。但同时也发现，由于通道内壁占据了一定空间，只有部分神经纤维可沿通道再生，再生神经纤维数量有限、功能重建程度不高。为此，我们提出新的构想：首先，通过两次成型工艺构建双层结构的多通道纤维素衍生物/大豆蛋白质复合海绵导管，赋予导管内、外层不同的降解或溶解性能；然后，通过动物实验，利用导管引导部分近端神经纤维沿通道快速再生(即第一批再生)并与远端神经对接；接着，将通道内壁(即导管内层)快速降解或溶解，形成新的通道并引导受损神经进行第二批再生；最后，导管外层也被逐渐降解，实现神经修复和功能重建。本工作有望通过结构设计与性能调控策略，实现"两批神经再生"构想，获得神经修复速度快和功能重建程度高的新型神经导管，并揭示其神经修复的可能机理。

周围神经缺损的修复仍然是临床上一大难题，利用神经导管进行修复是未来发展的主要方向。在前期工作基础上，本项目利用自制模具，首先构建了化学组成和内径相同的纤维素/大豆蛋白质复合海绵导管和复合膜导管，然后用来修复大鼠坐骨神经缺损，证明了海绵导管比对应的膜导管具有更好的神经修复功能；在海绵导管基础上，通过两次成型工艺，构建了具有双层结构的多通道纤维素/大豆蛋白质复合海绵神经导管，并且证明多通道海绵导管比单通道海绵导管具有更好的神经修复功能；更进一步，为提高其降解性，以羟乙基纤维素代替纤维素，通过同样工艺构建了具有双层结构的多通道羟乙基纤维素/大豆蛋白质复合海绵导管，不仅证明其在一定时间里可完全体内降解，而且还证明多通道海绵导管的神经缺损修复功能优于单通道海绵导管；探索性地提出“两批神经再生”假说并进行解释：在多通道导管中，会有多束神经纤维沿通道从近端向远在再生，即“第一批再生”，而通道壁降解后，可能有新的神经纤维再次从近端沿新的纵向空间再生，或者第一批再生的神经因管壁降解而获得横向长粗的空间，均可称为“第二批再生”，所以，对于降解速率相对较快(尤其内层材料)的多通道导管，其第二批神经再生的贡献可能(特别是来自第一批神经直径加粗的贡献)大于降解相对较慢的导管，而在降解慢的材料中，这种增粗受到空间限制，其神经修复速率和程度也受限制。在此基础上，对神经导管的结构设计和性能优化进行了一系列的探索性研究，提出包括改变化学组成、改变交联度、选择不同导管构建工艺和赋予导管新功能等多种有效调控策略。由此，本项目不仅优选出两类导管(两次成型工艺构建的具有双层结构且有一定导电功能的羟乙基纤维素/大豆蛋白质复合海绵导管和电纺工艺构建的具有一定导电功能的聚乳酸/大豆蛋白质复合纳米纤维导管)，而且提出进行导管的结构设计与性能优化的多项策略，对未来开发型神经导管和进行结构设计及性能优化具有指导意义。