神经导管设计与制造三要素

2023-09-27 09:36
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周围神经损伤由于高发病、不可逆的功能损伤和严重的健康经济负担而备受研究者关注。以自体神经移植为代表的手术治疗仍是周围神经的主要治疗方式。但现有的手术治疗不仅有着复杂的操作程序,更易产生严重的疤痕、损害供区的神经功能,甚至形成神经瘤等。


用NGC(nerve guidance conduit,NGC)替代自体物移植是一种修复周围神经缺陷的潜在的再生策略,不仅可简化手术程序、减少供区的损伤,更利于引入更多生长因子去赋能周围神经的再生。


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图1 发展中的神经导管的三元素:导电材料、支架制造方式和电刺激


针对目前周围神经再生的三个关键问题:什么是神经传导应用的关键要素、如何构建一种更具传导性的再生支架、NGC潜在的发展方向是什么。近日来,来自浙江大学医学院附属口腔医院的俞梦飞、王慧明团队,浙江大学机械工程学院贺永团队,通过文献计量学分析方式分析了周围神经再生中NGC研究现状,探索并综述了周围神经再生领域NGC三个潜在的关键要素(导电材料、制造方式和电刺激)(图1),并讨论了发展NGC中的前景。


一、导电材料、制造方式和电刺激是周围神经再生的三个重要因素


周围神经再生取决于神经复杂的生理特点和病理特性。自体移植手术作为主要治疗方式,但存在缝合术式复杂、供区功能损伤、神经瘤发展形成、术后功能恢复不佳等问题。NGC是人工神经移植物的核心载体。现有的神经导管面临不及时的降解、机械性能差和难以实现长距离的周围神再生等的应用缺陷。发展中的NGC致力于攻克这些问题,并加速神经传导功能的恢复。


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图2 文献共被引分析的时间线图表明了周围神经神经再生的NGC中的重要集群


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图3 关键词共现分析突出了电刺激是前沿关键词集群


文献计量学是一种新型文献知识网络分析方法,可溯源、探索、发现重要的文献知识网络、热点词及重要的转折性研究。本研究创新地采用了文献计量学的分析方法,通过文献共被引分析和关键词分析发现导电材料、支架制造方式和电刺激是NGC的三个潜在新要素(图2、图3)。并进一步通过结构变异分析(图4)概括NGC的四个发展阶段。


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图4 基于结构变异的文献共被引知识网络图


二、应用于NGC的导电材料


导电材料可以改变界面的电荷密度、电势差,进一步影响神经细胞的生物学行为,改善再生传导信号,有利于促进周围神经再生。作者综述了NGC应用中的导电材料,包括导电聚合物、某些金属、碳基材料和其他特殊的导电基质(钛酸钙、黑色素、硅、壳聚糖等),总结了它们的优缺点和应用现状。


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表1 导电材料的种类和特点


三、应用于NGC的制造方式


为了弥补导电材料的缺点、适应不同神经损伤类型,神经导管制造方式通过构建个性化的功能性NGC助力周围神经再生。为此,作者总结了NGC/神经支架的制造方式(图5),包括静电纺丝工艺、冷冻/干燥工艺、浸涂/盐浸技术、离心浇铸技术、相分离、3D生物打印技术等。


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图5 经典的神经导管制造方式


制造技术的选择取决于三个主要因素:神经损伤的类型、生物材料和神经设计。与纳米和亚微米尺度纤维相结合的静电纺丝技术在模拟载再生细胞的导电神经束界面有着潜在的应用前景。浸涂/盐浸技术通过涂覆导电层不仅增强了对再生轴突的生物信号传导,更有助于提高NGC的机械强度。牺牲内部模型技术适合于中空NGC,有助于神经在短距离缺损间隙中接触再生。包封神经细胞、水凝胶充填物和制造梯度变化的NGC有助于神经缺损修复。此外,相分离或胶原自组装方法多用于多通道NGC,以利于多束神经束生长并减少其分散。而3D打印为更快速和准确地构建综合性的NGC提供了新的见解,是长间隙修复和功能恢复目标的有力候选。

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