3D打印光-胶原复合物神经导管重建面神经的实验研究

Facial nerve defects can easily lead to facial mimetic muscles paralysis in patients, resulting in varying degrees of facial paralysis. Commonly used in clinical repair methods including autograft, adjacent nerve anastomosis, while the repair effect is unsatisfactory. Our previous study found that the use of nerve regeneration of tissue engineering can effectively improve the quality of nerve regeneration, however, combined with low lever laser and nerve regeneration of tissue engineering to jointly construct facial nerve conduit has not been reported. This project intends to combine the photoconductive materials as poly 1,8-octanediol citrate (POC) with tissue engineering materials- collagen, gelatin and sodium alginate to explore the synthesis steps to improve the photoconductive properties of nerve scaffolds and reconstruct facial nerve by using 3D printing combined with low level laser therapy. We will initially explore the following aspects: 1. Taking facial nerve three-dimensional scanning topology as a model, using a variety of natural multimeric biomaterials and photoconductive materials to achieve 3D printed light-collagen complex to reconstruct the facial nerve; 2, using low level laser as the guide to achieve nerve orientation growth, research and explore the law or mechanism of nerve-oriented growth.

面神经缺损易导致患者颜面部表情肌瘫痪，造成不同程度的面瘫。临床上常用的修复方法包括自体移植、邻近神经吻合术等，但其修复效果难以令人满意。我们前期的研究中发现，利用神经再生组织工程学可有效提高神经再生质量，然而结合低剂量激光和神经再生组织工程学共同构建面神经导管的研究尚无报道。本项目拟通过将光导材料聚1,8-辛二醇柠檬酸酯（POC）与组织工程学材料胶原、明胶和海藻酸钠相混合，并探讨其合成步骤，利用3D生物打印与低剂量激光结合重建面神经。将初步探讨出：1、利用面神经三维扫描拓扑结构为模型，使用多种天然多聚体生物材料和光导材料，实现3D打印光-胶原复合物重建面神经；2、使用低剂量激光实现神经定向生长，研究及探讨神经定向生长的规律或机制。

使用组织工程法制造神经导管是治疗周围神经缺损的一大研究趋势，而使用3D生物打印构建神经导管可实现个性化、精确化的优点。本项主要研究了生物墨水的理化性能、Schwann细胞在生物打印支架中的生长行为，并在评价3D生物打印支架的体内生物相容性，主要结果如下：.1．2%海藻酸钠-8%明胶生物墨水具有更适宜的流变性能，并可在环境温度为28℃挤出流畅线条，保持良好的打印适性；交联剂CaCl2浓度为50mM，交联时间为5min时对Schwann细胞的增殖无明显影响；Schwann细胞在3D生物打印支架中贴附良好，并可稳定表达S-100β；与二维培养相比，3D生物打印支架有助于Schwann细胞分泌NGF，同时可促进NGF、BDNF、GDNF、PDGF神经再生相关基因mRNA的表达；3D生物打印支架在裸鼠体内仍可保持一定的网格状结构，Schwann细胞可在支架中存活并表达S-100β。.2．使用5%海藻酸钠-5%GelMA-0.3%BNC作为生物墨水，具有更好的流变性能、导电性能、压缩模量和打印保真性。RSC96细胞可在支架中增殖并形成线状连接，并形成导向性生长，PCR Array检测其可上调ASCL1、POU3F3、NEUROG1、DLL1、NOTCH1和ERBB2基因的表达；将支架植入裸鼠体内后发现支架内可观察到网格状结构和细胞导向性生长，同时有微血管长入，RSC96细胞在支架中生长良好，稳定表达S-100β。.本研究通过构建合适浓度的海藻酸钠-明胶生物墨水，在具备一定流变性能的条件下，使用挤出式3D生物打印构建负载活Schwann细胞的海藻酸钠-明胶神经支架，首次揭示了大鼠原代Schwann细胞在海藻酸钠-明胶支架中的生长情况，并证实了3D生物打印支架可促进Schwann细胞的生长和功能表达，同时具备一定的体内生物相容性；本研究首次提出使用BNC联合双交联增强海藻酸钠-GelMA支架的机械强度， BNC的加入可提高神经支架的导电性和压缩模量，并证明其有助于Schwann细胞形成导向性生长。首次从机制上深入探讨了形成导向性生长的原因可能与材料内部的有序排列、材料机械性能的提高以及挤出式3D打印的挤出过程相关，并通过激活Notch1通路进而影响细胞的生长和功能表达。本研究可为周围神经组织工程提供新思路，为后续的研究奠定了理论基础。