[发明专利]一种用于修复脊髓损伤的人工神经网络样导管的构建

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于修复脊髓损伤的人工神经网络样导管的构建方法，尤其是一种具有功能的用多孔隙明胶海绵圆柱体支架构建的人工神经网络样导管的方法及其应用。 

背景技术

中枢神经损伤如严重的脊髓创伤主要表现为截瘫和四肢瘫，目前还没有行之有效的治疗方法。现在认为，不可能依赖受损伤脊髓自身神经元之间在全横断处形成突触来修复神经传导通路。需要通过移植成体干细胞、诱导性多潜能干细胞和胚胎干细胞等方式在脊髓损伤处形成新的神经元，由此建立突触联系。为了实现这种实验性治疗目标，通常需借助组织工程技术构建一种含有干细胞的可降解生物导管，在此基础上构建成一种具有神经传导功能的人工神经网络样导管，用于桥接脊髓全横断损伤处，起到修复受损伤的神经通路中继站作用。 

在脊髓损伤中，生物组织工程材料作为移植细胞或作为具有保护神经元和促进其轴突再生作用的活性因子的载体，被用于治疗脊髓损伤而逐渐引起人们的关注。组织工程材料具有天然来源生物材料和可降解高分子合成材料。1.天然来源生物材料包括明胶，胶原和海藻酸盐等等，它们能在一定程度上促进脊髓结构和功能的恢复。由于天然材料支架本身结构的无序性和机械性能较差，虽然在体外观察到比较理想的实验结果，但要移植到体内起导向轴突再生作用会有困难。2.可降解的高分子材料最大的优点是生物相容性好，降解产物易于被吸收而不产生炎症反应。可降解的高分子材料以多通道生物多聚体材料---聚左旋乳酸(poly D，L-lactic acid，PLLA)和聚乳酸-聚羟基乙酸共聚物(poly D，L-lactic-co-glycolic acid，PLGA)为代表。但是，这种材料在用于体内神经损伤修复的实验中，发现当它降解之后会产生酸性物质等。 

天然生物材料做成的凝胶、明胶海绵和胶原海绵，或者用可降解高分子合成材料做成的导管，都可用于横断性脊髓损伤修复。凝胶能够在脊髓损伤空洞处起填充作用，促进轴突再生，减少星形胶质细胞增生形成的疤痕。但是，它不能较好地介导再生轴突穿越损伤区域，尤其是缺乏机械强度。明胶海绵和胶原海绵具有凝胶的优点，且能够方便承载活性物质，但其机械强度不高。高分子合成材料导管最大的优势是在于它有一定的机械强度，能够起到桥接作用，但有些导管在降解之后产生的酸性物质对邻近细胞有损害作用。 

用基因修饰细胞移植治疗中枢神经系统(CNS)损伤是目前研究的热点之一，但所运用的多是神经生长因子(NG F)、脑源性神经营养因子(BDNF)和神经营养素-3(NT-3)等神经营养因子基因。现已证明NGF主要作用于感觉神经元，对运动神经元作用不明显，而BDNF作用的神经元类型范围较窄小。许多研究认为，NT-3对神经元的发育、分化以及对受损伤中 枢神经元的存活及其轴突再生有重要作用。有研究还证实，NT-3对脊髓损伤处皮质脊髓束神经纤维的再生有明显的促进作用，这也在我们先前的研究中得到了验证。 

有研究表明，NT-3介导的ERK信号通路能够导致神经干细胞(NSCs)分化为神经元，因为应用ERK抑制剂后NSCs源性神经元明显减少。但作者并没有显示这些NSCs源性神经元之间形成连接，这可能与NSCs没有足够数量的NT-3受体(TrkC)有关。一般认为，当NT-3与NSCs胞膜上TrkC结合，使其胞质区的酪氨酸被磷酸化，激活ERK信号通路，导致一系列的蛋白磷酸化，从而使NSCs向神经元分化。因此我们认为，过表达TrkC的NSCs在NT-3的作用下更多地分化为神经元，并相互间形成突触连接，就有可能促使NSCs源性神经元存活较长时间。 

对CNS的损伤或病变部位应用细胞替换，是近年来新发展的一种细胞治疗策略。研究表明，在发育中或成年的CNS内植入胚胎神经组织，通过其中的神经干细胞或分裂后的年幼神经元替换病伤死亡的神经元，并重建神经通路及其功能。胚胎或新生动物的NSCs数量较多，且组织免疫原性较低，用于移植后不易被宿主排斥。我们已经从新生动物的大脑组织中分离出具有多潜能的NSCs，用胶原网架吸附后移植到全横断或半横断脊髓的损伤处，观察到它们能在宿主内存活、迁移并可分化为神经元。但在这种条件下，移植的NSCs分化为神经胶质细胞的占多数，仅少数分化为神经元。因此，我们还将NSCs与雪旺细胞一起移植，发现分化成神经元的数量增多，有些神经元还长出较长的神经突起，甚至有些属于胆碱能神经元，提示雪旺细胞可促进NSCs分化为神经元，这可能与雪旺细胞分泌的神经营养因子有关。但自体NSCs的取材较为困难，不便于临床应用。因此，人们试图找到一种来源更方便的自体成体干细胞进行体内移植。