甲壳素-聚多巴胺导管修复神经缺损及预防神经瘤形成的实验研究

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周围神经损伤是一个普遍存在的临床疑难问题,常因交通事故或工业事故导致。其中神经缺损是周围神经损伤最严重的一种类型,它可导致运动功能和感觉的严重损害甚至丧失。尽管周围神经有一定的自我修复能力,但长段周围神经缺损的治疗在临床上仍是一个艰巨的挑战,通常治疗效果不如意。尽管目前临床上修复长间隙神经缺损的金标准仍然是自体神经移植手术,但其来源有限、附加供体损伤、大小不匹配和神经瘤形成等一系列问题在一定程度上阻碍了其广泛应用。此外,周围神经损伤后形成的神经瘤也是一个难以解决的问题,常常导致自发性神经痛,严重影响患者的生活质量。为了预防神经瘤的形成,利用神经导管桥接或包裹损伤神经残端被认为是一种很有效果的方法。神经导管作为自体神经移植的一种合理替代物,目前,大量的研究证实是可行的。神经导管是治疗周围神经缺损同时兼顾防止神经瘤形成比较理想的方法之一。在我们前期的研究中,我们利用甲壳素制备了诱导坐骨神经缺损再生的水凝胶膜,用导电聚合物(3,4-乙烯二氧噻吩)纳米粒子(PEDOT NPs)与细胞黏附四肽Cys-Arg-Gly-Asp(CRGD)(ChT-PEDOT-p)修饰甲壳素水凝胶膜。对甲壳素进行部分脱乙酰化处理,使氨基暴露,目的如下:(1)改善甲壳素与带负电荷的PEDOT之间的静电相互作用,提高复合水凝胶的强度;(2)提供肽修饰的活性位点。制备的水凝胶能显著促进体外RSC-96细胞的黏附和增殖,以及雪旺细胞活性相关基因S100、NF-200和MBP的表达水平。在修复大鼠10mm坐骨神经缺损实验中,ChT-PEDOT-p组腓肠肌恢复情况和有髓轴突厚度与自体移植组相似。对再生的坐骨神经进行免疫荧光、免疫组化、蛋白质印迹和甲苯胺蓝染色分析,证实ChT-PEDOT-p增强RSC-96附着、增殖和促进血管生成是其促进神经再生的重要因素。在本课题研究中,为克服前期课题所合成水凝胶膜在临床运用中的不便,我们进一步改进合成甲壳素神经导管,并进行表面改性,以便更好地运用于临床。本研究主要内容包括以下几个方面:(1)ChT-PDA NGC制备和表征评估:将甲壳素粉末溶解在Na OH/uera溶液中,通过冻融法获得甲壳素溶液,然后通过浇筑加热成型合成甲壳素导管,将导管浸入含有多巴胺单体的Tris buffer溶液中获得ChT-PDA NGC。采用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线光电子能谱(XPS)、傅里叶红外光谱分析(FTIR)、机械试验分析和热重分析等方法对神经导管的表面结构特征、稳定性和力学性能进行了评价。结果显示ChT-PDA NGC的吸水性能可控,孔隙均匀,力学性能理想,热稳定性好。傅里叶红外光谱分析表明,ChT-PDA NGC组酰胺基和乙酰胺基的生成增加。(2)ChT-PDA NGC的体外生物相容性、细胞增殖和神经元分化评估:应用RSC 96细胞评估ChT-PDA NGC的体外生物相容性、细胞增殖和神经元分化。分别采用溶血试验、CCK-8实验、细胞活/死染色实验、扫描电镜和免疫荧光技术分别检测ChT-PDA NGC的血液相容性、细胞增殖、细胞活力、细胞形态、细胞粘附和神经元分化情况。结果表明,ChT-PDA NGC和ChT NGC均具有良好的血液相容性和细胞相容性。同时,与ChT NGC相比,ChT-PDA NGC的细胞黏附、迁移和神经突起延伸能力均得到增强,神经因子Tuj1、S100和GFAP表达上调。(3)ChT-PDA NGC促进神经再生效果评估:将所设计的NGC应用于修复10mm大鼠坐骨神经缺损,进行体内神经再生评估。采用坐骨神经功能指数分析、HE染色、免疫荧光染色、甲苯胺蓝染色、透射电镜和蛋白印迹分析全面评估神经再生效果。同时用HE染色评估ChT-PDA NGC的体内降解和毒性。结果表明,ChT-PDA NGC能刺激大鼠相关神经因子Tuj1、S100和GFAP的分泌,明显促进神经功能恢复,增加再生神经髓鞘的直径、密度和厚度,减轻肌肉萎缩。此外,这两种NGCs在体内都是可生物降解的,对主要器官如心、肝、脾、肺和肾无毒。(4)ChT-PDA NGC预防神经瘤形成效果评估:为了研究ChT-PDA NGC预防神经瘤形成的能力,我们将大鼠坐骨神经远端切除后,近端神经残端用ChT-PDA NGC包裹。采用大鼠自嗜行为评分、形态学、免疫组化、q PCR、透射电镜等方法,评价其对神经瘤形成的预防作用。结果表明,ChT-PDA NGC包裹近端神经后大鼠自切评分较低,炎性浸润和胶原沉积较少。透射电镜显示,髓鞘的异常形成只出现在未包裹组。ChT-PDA NGC不仅起到物理屏障的作用,还可防止炎症因子的侵袭,而且其在神经恢复过程中为促进神经修复和抑制神经瘤的形成提供了一个适宜的微环境。综上所述,我们制备了具有多孔内部结构的ChT-PDA NGC,该导管具有良好的力学性能、孔隙率和稳定性及良好的生物相容性,可促进RSC-96细胞增殖、迁移和相关神经因子Tuj1、S100和GFAP的表达。ChT-PDA NGC在体内能有效促进轴突生长,加速神经再生。此外,ChT-PDA NGC还通过协调炎症反应、胶原沉积和脱髓鞘过程,在预防神经瘤形成方面显示出积极的作用。总之,这些发现不仅证实了ChT-PDA NGC在周围神经再生方面具有巨大的潜力,而且为抑制神经瘤的形成提供了有力的证据。本研究为甲壳素相关材料在周围神经组织工程领域的应用提供了新的选择。
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