神經導管設計與制造三要素

2023-09-27 09:36
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周圍神經損傷由于高發病、不可逆的功能損傷和嚴重的健康經濟負擔而備受研究者關注。以自體神經移植為代表的手術治療仍是周圍神經的主要治療方式。但現有的手術治療不僅有著復雜的操作程序,更易產生嚴重的疤痕、損害供區的神經功能,甚至形成神經瘤等。


用NGC(nerve guidance conduit,NGC)替代自體物移植是一種修復周圍神經缺陷的潛在的再生策略,不僅可簡化手術程序、減少供區的損傷,更利于引入更多生長因子去賦能周圍神經的再生。


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圖1 發展中的神經導管的三元素:導電材料、支架制造方式和電刺激


針對目前周圍神經再生的三個關鍵問題:什么是神經傳導應用的關鍵要素、如何構建一種更具傳導性的再生支架、NGC潛在的發展方向是什么。近日來,來自浙江大學醫學院附屬口腔醫院的俞夢飛、王慧明團隊,浙江大學機械工程學院賀永團隊,通過文獻計量學分析方式分析了周圍神經再生中NGC研究現狀,探索并綜述了周圍神經再生領域NGC三個潛在的關鍵要素(導電材料、制造方式和電刺激)(圖1),并討論了發展NGC中的前景。


一、導電材料、制造方式和電刺激是周圍神經再生的三個重要因素


周圍神經再生取決于神經復雜的生理特點和病理特性。自體移植手術作為主要治療方式,但存在縫合術式復雜、供區功能損傷、神經瘤發展形成、術后功能恢復不佳等問題。NGC是人工神經移植物的核心載體?,F有的神經導管面臨不及時的降解、機械性能差和難以實現長距離的周圍神再生等的應用缺陷。發展中的NGC致力于攻克這些問題,并加速神經傳導功能的恢復。


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圖2 文獻共被引分析的時間線圖表明了周圍神經神經再生的NGC中的重要集群


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圖3 關鍵詞共現分析突出了電刺激是前沿關鍵詞集群


文獻計量學是一種新型文獻知識網絡分析方法,可溯源、探索、發現重要的文獻知識網絡、熱點詞及重要的轉折性研究。本研究創新地采用了文獻計量學的分析方法,通過文獻共被引分析和關鍵詞分析發現導電材料、支架制造方式和電刺激是NGC的三個潛在新要素(圖2、圖3)。并進一步通過結構變異分析(圖4)概括NGC的四個發展階段。


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圖4 基于結構變異的文獻共被引知識網絡圖


二、應用于NGC的導電材料


導電材料可以改變界面的電荷密度、電勢差,進一步影響神經細胞的生物學行為,改善再生傳導信號,有利于促進周圍神經再生。作者綜述了NGC應用中的導電材料,包括導電聚合物、某些金屬、碳基材料和其他特殊的導電基質(鈦酸鈣、黑色素、硅、殼聚糖等),總結了它們的優缺點和應用現狀。


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表1 導電材料的種類和特點


三、應用于NGC的制造方式


為了彌補導電材料的缺點、適應不同神經損傷類型,神經導管制造方式通過構建個性化的功能性NGC助力周圍神經再生。為此,作者總結了NGC/神經支架的制造方式(圖5),包括靜電紡絲工藝、冷凍/干燥工藝、浸涂/鹽浸技術、離心澆鑄技術、相分離、3D生物打印技術等。


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圖5 經典的神經導管制造方式


制造技術的選擇取決于三個主要因素:神經損傷的類型、生物材料和神經設計。與納米和亞微米尺度纖維相結合的靜電紡絲技術在模擬載再生細胞的導電神經束界面有著潛在的應用前景。浸涂/鹽浸技術通過涂覆導電層不僅增強了對再生軸突的生物信號傳導,更有助于提高NGC的機械強度。犧牲內部模型技術適合于中空NGC,有助于神經在短距離缺損間隙中接觸再生。包封神經細胞、水凝膠充填物和制造梯度變化的NGC有助于神經缺損修復。此外,相分離或膠原自組裝方法多用于多通道NGC,以利于多束神經束生長并減少其分散。而3D打印為更快速和準確地構建綜合性的NGC提供了新的見解,是長間隙修復和功能恢復目標的有力候選。

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