張 飛(綜述)，武忠炎(審校)

(新疆醫(yī)科大學(xué)第五附屬醫(yī)院骨外科，烏魯木齊 830054)

周圍神經(jīng)損傷是臨床常見損傷，其廣泛存在于車禍、工作及日常生活中，在創(chuàng)傷患者中發(fā)生率為1.5%～2.8%[1]。而周圍神經(jīng)損傷后的修復(fù)、再生和功能恢復(fù)一直是神經(jīng)等相關(guān)科學(xué)研究的重點(diǎn)，目前臨床上主要采用自體神經(jīng)移植的方法進(jìn)行修復(fù)。但自體神經(jīng)移植會(huì)造成供體功能喪失，且修復(fù)長度受限，可能形成神經(jīng)瘤,大小難以匹配等，這些缺點(diǎn)都限制了它在臨床中的應(yīng)用，而其他方法(如異體移植)不可避免地帶來免疫排斥反應(yīng)，因此組織工程對(duì)周圍神經(jīng)再生的研究已成為當(dāng)前的熱點(diǎn)。其核心是建立由生物材料和種子細(xì)胞構(gòu)成的三維神經(jīng)導(dǎo)管。

1 神經(jīng)導(dǎo)管的優(yōu)點(diǎn)及制作材料

神經(jīng)導(dǎo)管由天然或人工合成材料構(gòu)成，其作用是橋接損傷神經(jīng)的兩端，并可提供良好的微環(huán)境，可引導(dǎo)軸突近中端再生及趨化性生長。當(dāng)然它還有其他優(yōu)點(diǎn)：①神經(jīng)導(dǎo)管可制成與斷裂神經(jīng)相匹配的內(nèi)徑和長度；②可防止周圍組織的長入，及減少神經(jīng)瘤的發(fā)生；③無需切取自體神經(jīng)，防止供區(qū)功能受損；④維持住促進(jìn)軸突趨化性生長因子和細(xì)胞(如施萬細(xì)胞、神經(jīng)營養(yǎng)因子等)；⑤技術(shù)簡便易行。用于制作神經(jīng)導(dǎo)管的材料主要包括：生物活性材料、不可吸收性材料、可吸收性材料等。

1.1生物活性材料 生物活性材料主要有靜脈、動(dòng)脈、去鈣的骨導(dǎo)管、骨骼肌、羊膜、小腸黏膜下層等，這些生物源性導(dǎo)管組織相容性好，毒性反應(yīng)低，可以成功修復(fù)較短的神經(jīng)缺損。Mohammadi等[2]研究表明，自體靜脈中加入倍他米松可以用于修復(fù)周圍神經(jīng)缺損，并且獲得了很好的效果。還有文獻(xiàn)報(bào)道，用胎盤膜作神經(jīng)再生橋接物，取得較好效果，胎盤膜具有排異性小、可吸收、含有Ⅰ型、Ⅳ型膠元等特點(diǎn)，并能制成各種規(guī)格儲(chǔ)存?zhèn)溆?，?yīng)用十分方便[3]。Hu等[4]報(bào)道,應(yīng)用特殊方法獲取的化學(xué)去細(xì)胞同種異體神經(jīng)可有效降低其免疫原性,對(duì)于修復(fù)兔的面部神經(jīng)缺損具有可行性。但是它們都有不同的缺點(diǎn)，有的易與周圍組織粘連而使導(dǎo)管不通暢，有的易被機(jī)體吸收，有的機(jī)械性能差，導(dǎo)管易塌陷等。

1.2不可降解材料 人工合成的不可降解材料主要有硅膠管、聚酯纖維等。國外文獻(xiàn)報(bào)道，用多孔硅膠管修復(fù)大鼠坐骨神經(jīng)缺損，術(shù)后6周顯示術(shù)區(qū)神經(jīng)再生良好；因此認(rèn)為多孔硅膠管結(jié)構(gòu)有利于神經(jīng)生長及局部營養(yǎng)物質(zhì)的代謝，并可降低神經(jīng)吻合口的剪切力，從而促進(jìn)神經(jīng)再生[5]。硅膠由于其惰性和彈性是較早應(yīng)用于研究的合成材料，植入體內(nèi)異物反應(yīng)較小，管壁不易出現(xiàn)變形及避免神經(jīng)瘤的發(fā)生。因此，硅膠管是過去最常使用的神經(jīng)導(dǎo)管之一。但是，由于其不可吸收性，遺留在患者體內(nèi)會(huì)造成慢性神經(jīng)卡壓、周圍組織炎癥、纖維變性等后遺癥，需二次手術(shù)去除。目前主要用于實(shí)驗(yàn)室研究，以闡明神經(jīng)再生的時(shí)序和機(jī)制，而臨床應(yīng)用受到極大限制。

1.3可吸收性材料 可吸收性材料主要包括天然的膠原，水凝膠等[6-7]，及人工合成的聚乳酸、聚乙醇酸，是目前廣泛應(yīng)用的生物材料，在神經(jīng)再生完成后可被機(jī)體降解吸收，克服了不可吸收性材料的缺點(diǎn)，無需再次手術(shù)。另外一些材料，如幾丁質(zhì)(Chitin)[8]同樣可促進(jìn)神經(jīng)再生。因?yàn)闅ぞ厶鞘菐锥≠|(zhì)的部分或全部脫乙?；a(chǎn)物，降解產(chǎn)物是糖單體。因此，有學(xué)者詳細(xì)地研究了殼聚糖，作為神經(jīng)導(dǎo)管材料，其廣泛存在于甲殼綱動(dòng)物的外殼中，可在體內(nèi)自行降解，具有良好的生物相容性[9]。殼聚糖還能抑制成纖維細(xì)胞生長及減少瘢痕的形成，并能促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞生長，因此殼聚糖是一種良好的神經(jīng)修復(fù)材料[10]。當(dāng)然，目前對(duì)于神經(jīng)導(dǎo)管的研究已經(jīng)不能局限于單一物質(zhì)，而改良后的殼聚糖也已經(jīng)得到廣泛的研究，并取得了良好的效果[11-13]。聚乳酸、聚羥基乙酸的應(yīng)用則有效地提高了神經(jīng)再生的成功率，具有良好的生物相容性。但這些物質(zhì)可控性等缺點(diǎn)也顯而易見：如何控制其降解速度，一旦再生過程完成，就可快速地降解吸收；材料缺乏一定的彈性和厚度，導(dǎo)致不易與神經(jīng)外膜縫合等。

2 常用的種子細(xì)胞

2.1施萬細(xì)胞 該細(xì)胞是神經(jīng)細(xì)胞周圍的重要組成細(xì)胞，對(duì)于神經(jīng)細(xì)胞(包括包體本身、樹突、軸突)的再生有重要的作用。經(jīng)培養(yǎng)和純化后的施萬細(xì)胞可以在導(dǎo)管內(nèi)形成有序的類似于Bungner帶樣分布，并且能夠分泌多種神經(jīng)營養(yǎng)因子，從而支持引導(dǎo)軸突的再生?？梢月?lián)合神經(jīng)導(dǎo)管有效地治療周圍神經(jīng)的損傷[14]。還有文獻(xiàn)報(bào)道，神經(jīng)損傷后，施萬細(xì)胞大量增生，且分泌神經(jīng)營養(yǎng)因子，可以將正常神經(jīng)從抑制神經(jīng)再生轉(zhuǎn)變?yōu)榇偕窠?jīng)再生，從而引導(dǎo)近端神經(jīng)纖維向遠(yuǎn)端生長[15-16]，這也從另外一方面說明施萬細(xì)胞有促進(jìn)神經(jīng)再生的作用。最新治療外周神經(jīng)損傷的方法已經(jīng)不局限于在神經(jīng)導(dǎo)管中單純加入施萬細(xì)胞，而是往往加入一些其他輔助措施，如電刺激，它是一種很有前途的治療方法，適當(dāng)?shù)碾姶碳た稍鰪?qiáng)施萬細(xì)胞的功能，促使其釋放神經(jīng)營養(yǎng)因子，引導(dǎo)和促進(jìn)軸突的生長[17]。另外，還有學(xué)者將富血小板血漿膠體與施萬細(xì)胞混合制成種子細(xì)胞植入可吸收導(dǎo)管內(nèi)，結(jié)果表明,這種混合的種子細(xì)胞可以有效地促進(jìn)周圍神經(jīng)的再生[18]?？梢韵胂笤诒姸啾谎芯康姆N子細(xì)胞中施萬細(xì)胞是重要的組成部分。

2.2神經(jīng)干細(xì)胞 神經(jīng)干細(xì)胞具有自我增殖和多向分化潛能，能分化為神經(jīng)元、膠質(zhì)細(xì)胞等。它具有一定的遷移能力，能到達(dá)損傷或疾病部位并產(chǎn)生新細(xì)胞，而且神經(jīng)干細(xì)胞來源廣泛，易于分離培養(yǎng)，對(duì)供體損傷小，體外增殖能力強(qiáng)。此外，由于神經(jīng)干細(xì)胞通常取材于患者自身，可以較好地解決其他類型的異體干細(xì)胞難以回避的個(gè)體排斥問題。Murakami等[19]研究表明，來源于胎鼠海馬的神經(jīng)干細(xì)胞經(jīng)特殊處理后可分化為施萬細(xì)胞樣支持細(xì)胞，將其植入套接的坐骨神經(jīng)斷端硅管內(nèi)，可促進(jìn)受損神經(jīng)的形態(tài)和功能的恢復(fù)，雖然施萬細(xì)胞樣支持細(xì)胞只占4.3%左右，但正是這些細(xì)胞在促進(jìn)軸突再生方面發(fā)揮著重要作用。上述研究提示，這些神經(jīng)干細(xì)胞可以通過改善神經(jīng)再生的微環(huán)境來促進(jìn)神經(jīng)再生和功能恢復(fù)。

2.3胚胎干細(xì)胞 胚胎干細(xì)胞(embryonic stem cells，ESCs)是從動(dòng)物早期胚胎內(nèi)細(xì)胞團(tuán)分離出來的原始、高度未分化細(xì)胞，具有多能性，可分化為神經(jīng)前體細(xì)胞及運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元等。有學(xué)者利用Mash1基因?qū)隕SCs后不表達(dá)Nogo受體的特點(diǎn)，將此細(xì)胞移植入大鼠脊髓損傷模型后，通過綠色熒光蛋白標(biāo)記細(xì)胞從而觀察到ESCs能顯著促進(jìn)軸突的生長，電生理檢測發(fā)現(xiàn)大鼠下肢的運(yùn)動(dòng)功能有明顯改善[20]。Harper等[21]研究發(fā)現(xiàn)，胚胎干細(xì)胞可以分化為脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，而分化成的神經(jīng)元可以伸出長的軸突與共培養(yǎng)的成肌細(xì)胞形成神經(jīng)肌接頭，并使肌細(xì)胞收縮；且在雙丁酰環(huán)磷腺的作用下，其軸突可伸至腹根。而誘導(dǎo)的胚胎干細(xì)胞聯(lián)合神經(jīng)導(dǎo)管更是當(dāng)前治療周圍神經(jīng)損傷的一種潛在的治療方法，并取得了良好地試驗(yàn)效果[22]。目前由于ESCs進(jìn)行臨床治療時(shí)必須取自人類胚胎，來源很有限，且有不可回避的倫理學(xué)等問題。故胚胎干細(xì)胞的臨床應(yīng)用還需克服許多障礙。

2.4骨髓基質(zhì)干細(xì)胞 骨髓基質(zhì)干細(xì)胞是骨髓內(nèi)除造血干細(xì)胞外的非造血干細(xì)胞，又稱為骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞，是另一類干細(xì)胞，其具有增殖及雙向分化功能。在特定條件的誘導(dǎo)下，不僅能夠分化成為軟骨細(xì)胞、肌腱細(xì)胞、骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞等，而且能分化為外胚層神經(jīng)細(xì)胞、膠質(zhì)細(xì)胞等。它已經(jīng)廣泛用于研究周圍神經(jīng)的再生并取得了不錯(cuò)的效果。Frattini等[23]通過制造動(dòng)物坐骨神經(jīng)缺損的模型，最后分析了運(yùn)動(dòng)功能根據(jù)坐骨神經(jīng)的功能指數(shù)等數(shù)據(jù)。研究結(jié)果表明,利用聚已內(nèi)酯管充填骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞是一個(gè)很好的策略,對(duì)于提高小鼠周圍神經(jīng)損傷后的功能非常有效。還有研究報(bào)道，腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞及其誘導(dǎo)分化生成的神經(jīng)樣細(xì)胞可以在聚乳酸-羥基乙酸共聚物形成的導(dǎo)管內(nèi)生長良好，因此兩者復(fù)合后可以用來修復(fù)神經(jīng)缺損，為臨床治療脊髓損傷及糖尿病晚期膀胱功能障礙的患者提供一種新的治療途徑和方法[24]。還有些學(xué)者通過研究認(rèn)為，干細(xì)胞治療坐骨神經(jīng)損傷的方法在未來幾年將成為一種常規(guī)的治療方法，尤其是骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞[25]。故骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植入損傷神經(jīng)后可促進(jìn)損傷神經(jīng)的修復(fù)，將是一種很有前途的種子細(xì)胞。

總之，在得不到足夠的自體神經(jīng)和施萬細(xì)胞修復(fù)神經(jīng)缺損的情況下，中樞來源的干細(xì)胞可以用來構(gòu)建組織工程的神經(jīng)導(dǎo)管，它們具有增殖快、可分化為施萬細(xì)胞樣細(xì)胞及免疫原性低等特點(diǎn)，這些都有利于周圍神經(jīng)的再生與修復(fù)。

3 結(jié) 語

盡管“人工神經(jīng)”支架，種子細(xì)胞和促神經(jīng)生長物質(zhì)等相關(guān)研究已取得一定進(jìn)展，但是目前的研究還不能令人滿意。而且，組織工程化人工神經(jīng)的研究在國內(nèi)外還處于初級(jí)階段，許多關(guān)鍵問題尚需細(xì)胞學(xué)、材料學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)等專家聯(lián)合攻關(guān)解決。隨著分子生物學(xué)及基因轉(zhuǎn)染技術(shù)等相關(guān)專業(yè)學(xué)科的發(fā)展，相信在不遠(yuǎn)的將來，一定能研究出一種理想的神經(jīng)導(dǎo)管來治療周圍神經(jīng)損傷，最終廣泛應(yīng)用于臨床。

[1] Yegiyants S,Dayicioglu D,Kardashian G,etal.Traumatic peripheral nerve injury:a wartime review[J].Craniofac Surg,2010,21(4):998-1001.

[2] Mohammadi R,Amini K,Eskafian H，etal.Betamethasone-enhanced vein graft conduit accelerates functional recovery in the rat sciatic nerve gap[J].Oral Maxillofac Surg,2013,71(4):786-792.

[3] Jamal A,Mohammad MD,Patrick H,etal.Increased axonal regeneration through a biodegradable amnionic tube nerve conduit:effect of local delivery and incorpoeration of nerve growth factor/hyaluronica acid media[J].Ann Plast Surg,2000,44(1):59-64.

[4] Hu M,Zhang LH,Niu Y,etal.Repair of whole rabbit facial nerve defects using facial nerve allografts[J].J Oral Maxillofac Surg,2010,68(9):2196-2206.

[5] Johansson F,Wallman L,Danielsen N,etal.Porous silicon as a potential electrode material in a nerve repair setting：tissue reactions[J].Acta Biomater,2009,5(6):2230-2237.

[6] Haug A,Bartel A,Kotas J,etal.Sensory recovery 1 year after bridging digital nerve defects with collagen tubes[J].J Hand Surg Am,2013,38(1):90-97.

[7] Abidian MR,Daneshvar ED,Egeland BM,etal.Hybrid conducting polymer-hydrogel conduits for axonal growth and neural tissue engineering[J].Adv Healthc Mater,2012,1(6):762-767.

[8] Langone F,Lora S,Veronese FM,etal.Peripheral nerve repair using a poly(organo)phosphazene tubular prosthesis[J].Biomaterials,1995,16(5):347-353.

[9] 楊吟野,李訓(xùn)虎,龔海鵬.殼聚糖及相關(guān)材料用于神經(jīng)修復(fù)的前景[J].生物醫(yī)學(xué)工程雜志,2001,18(3)：444-447.

[10] Yuan Q,Shah J,Hein S,etal.Controlled and extended drug release behavior of chitosan-based nanoparticle carrie[J].Acta Biomater,2010,6(3):1140-1148.

[11] Yang Y,Zhao W,He J,etal.Nerve conduitsbased on immobilization of nerve growth factor onto modified chitosan by using genipin as a crosslinking agent[J].Eur J Pharm Biopharm,2011,79(3):519-525.

[12] Muzzarelli RA.Biomedical exploitation of chitin and chitosan via mechano-chemical disassembly,electrospinning,dissolution in imidazolium ionic liquids,and supercritical drying[J].Mar Drugs,2011,9(9):1510-1533.

[13] Hsu SH,Kuo WC,Chen YT,etal.New nerve regeneration strategy combining laminin-coated hitosan conduits and stem cell therapy[J].Acta Biomater,2013,9(5):6606-6615.

[14] Fansa H,Keilhoff G.Comparison of different biogenic matrices seeded with cultured Schwann cells for bridging peripheral nerve defects[J].Neurol Res,2004,26(2):167-173.

[15] Utley DS,Lewin SL,Cheng ET,etal.Brain-derived neurotrophic factor and collagen tubulization enhance functional recovery after peripheral nerve transection and repair[J].Arch Otolaryngol Head Neck Surg,1996,122(4):407-413.

[16] Kuffler DP.Promoting and directing axon outgrowth[J].Mol Neurobiol,1994,9(1/3):233-243.

[17] Kim IS,Song YM,Cho TH,etal.Biphasic Electrical Targeting Plays a Significant Role in schwann Cell Activation[J].Tissue Eng Part A,2011,17(9/10):1327-1340.

[18] Ye FG,Li HY,Qiao GX,etal.Platelet-rich plasma gel in combination with Schwann cells for repair of sciatic nerve injury[J].Neural Regeneration Research,2012,7(29):2286-2292.

[19] Murakami T,Fujimoto Y,Yasunaga Y,etal.Transplanted neuronal progenitor cells in a peripheral nerve gap promote nerve repair[J].Brain Res,2003,974(1/2):17-24.

[20] Hamada M,Yoshikawa H,Ueda Y,etal.Introduction of the MASH1 gene into mouse embryonic stem cells leads to differentiation of motoneuron precursors lacking Nogo receptor expression that can be applicable for transplantation to spinal cord injury[J].Neurobiol Dis,2006,22(3):509-522.

[21] Harper JM,Krishnan C,Darman JS,etal.Axonal growth of embryonic stem cell-derived motoneurons in vitro and in motoneuron-injured adult rats[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2004,101(18):7123-7128.

[22] Cui L,Jiang J,Wei L,etal.Transplantation of embryonic stem cells improves nerve repair and functional recovery after severe sciatic nerveaxotomy in rats[J].Stem Cells,2008,26(5):1356-1365.

[23] Frattini F,Lopes FR,Almeida FM,etal.Mesenchymal stem cells in a polycaprolactone conduit promote sciatic nerve regeneration and sensory neuron survival after nerve injury[J].Tissue Eng Part A,2012,18(19/20):2030-2039.

[24] 符厚圣,周興,桂有富.骨髓問充質(zhì)干細(xì)胞復(fù)合聚乳酸一羥基乙酸材料治療大鼠神經(jīng)損傷的實(shí)驗(yàn)研究[J].國際泌尿系統(tǒng)雜志,2011,31(2):139-143.

[25] Dadon-Nachum M,Melamed E,Offen D,etal.Stem cells treatment for sciatic nerve injury[J].Expert Opin Biol Ther,2011,11(12):1591-1597.