苏大李刚教授/王晓沁教授/塔夫茨大学David Kaplan院士团队Acta Biomater.: 蚕丝/镁丝复合编织神经导管

高分子科技

2022-03-24

导读：选用蚕丝和镁丝复合编织成导管内层，选用丝素蛋白和壳聚糖经过梯度冷冻干燥技术开发了一种具有梯度孔隙结构导管外层、具有优良生物力学性能的复合神经导管...

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周围神经修复术是一种常见但具有极大挑战性的手术治疗方法，其中自体神经移植方法是修复神经缺损的“金标准”。然而，由于自体供体神经匹配困难且来源有限，供体区域因二次手术容易引起感染、疤痕及神经瘤等并发症发生率高，并且异体神经移植存在交叉感染、疾病传播和免疫排异反应等问题，因此，临床治疗上对神经替代治疗方案有巨大需求。医学和材料研究人员不断寻找合适的人造神经移植材料来代替、引导和促进神经再生，帮助神经功能恢复和重建。

苏州大学现代丝绸国家工程实验室李刚教授、王晓沁教授和美国塔夫茨大学David Kaplan院士团队合作，选用蚕丝和镁丝复合编织成导管内层，选用丝素蛋白和壳聚糖经过梯度冷冻干燥技术开发了一种具有梯度孔隙结构导管外层、具有优良生物力学性能的复合神经导管。如图1所示，该神经导管的制备过程简单高效和绿色环保。该神经导管在8周的大鼠坐骨神经移植手术中表现优良，具有促进神经再生和修复的作用。该项工作以“Porous nerve guidance conduits reinforced with braided composite structures of silk/magnesium filaments for peripheral nerve repair”为题发表在国际期刊Acta Biomaterialia上（DOI: 10.1016/j.actbio.2021.07.028）。苏州大学硕士研究生张淑军（现就读哈尔滨工业大学博士生）、苏州大学实验动物中心王婧为共同第一作者，美国国家工程院院士、美国国家卫生研究院首席科学家、美国塔夫茨大学David Kaplan教授、苏州大学王晓沁教授和李刚教授为共同通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划、中国纺织工业联合会“纺织之光”项目以及江苏高校中外合作办学平台项目支持。

图1 S/Mg-SF/CS 神经导管的制造工艺示意图及神经修复性能的生物学评价方法：生物相容性材料、适当的物理机械指导和合适的生物微环境是促进受损神经功能恢复的关键因素。

图2 S/Mg-SF/CS 神经导管的物理化学性质表征：该神经导管的抗压强度达到2.8±0.2N，并在大鼠6周的皮下植入中证明了其在体内的可持续的生物力学性能。

图3 构建Sprague-Dawley（SD）大鼠坐骨神经缺损10 mm修复模型：在8周的大鼠坐骨神经移植手术中，腓肠肌作为与运动和感觉功能相关的靶向肌肉，NGCs组达到自体组的83.5%。

图4 S/Mg-SF/CS 神经导管植入大鼠模型样本中神经再生的生物学分析，Mg离子参与了人体300多种基本生化反应，包括ATP、DNA和蛋白质的合成，合适浓度的Mg离子改善了大鼠的神经修复和损伤，同时补充Mg离子可改善创伤后钝性损伤大鼠的神经功能和记忆，Mg离子刺激酪氨酸激酶，对神经元代谢有积极作用；Mg还能防止中枢神经系统损伤后的细胞死亡。

图5 S/Mg-SF/CS 神经导管植入大鼠模型样本中远端再生神经髓鞘的 TEM 图：NGC两端的神经端口生长良好，透射镜(TEM)观察再生神经远端时，自体移植物与S/Mg-SF/CS组远端髓鞘直径和厚度无显著差异，说明本研究中S/Mg-SF/CS神经导管促进了受损神经的生长，提供了适当的物理机械指导，提示该方法在人工神经移植中具有潜在的应用价值。

上述研究结果表明，该团队开发的神经导管具有力学性能优良、生物相容性好以及能够有效促进神经再生功能，具有神经外科应用的潜在价值。该工作是团队近期关于神经导管相关研究的最新进展之一（Bioactive Materials, 2022, 11: 57-76；纺织学报, 2022, 43(2):125-131），该项研究目前已经获得多项中国发明专利授权和申请了国际PCT专利。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.actbio.2021.07.028

塔夫茨大学David L. Kaplan和哈佛医学院Y. Shrike Zhang教授《PNAS》：高弹性功能蛋白质材料的设计

塔夫茨大学David L Kaplan教授、李春梅博士和吴俊奇研究员等《AM》综述：纤维类生物高分子加工-可持续发展之路

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