应用细胞外基质和PLA-PCL制备双层结构神经导管及其性能评价

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目的:周围神经损伤的再生与修复一直是临床研究的重要方向之一。脱细胞神经基质因其保留了部分细胞外基质和生物活性分子以及低免疫原性,成为了一种理想的治疗神经损伤的辅助材料,本研究通过静电纺丝技术制备了一种基于细胞外基质和聚乳酸-己内酯(PLA-PCL)的新型双层结构神经导管,用于神经修复,并通过各种手段验证其对神经再生的效果。研究方法:1.通过静电纺丝技术制备三种导管,分别为细胞外基质导管(Extracellular matrix nerve conduit,ENC)、双层结构神经导管(Bilayer nerve conduit,BNC)和PLA-PCL导管。2.通过体式镜和扫描电镜对神经导管进行表征观察。3.通过神经脱细胞前后以及导管样品的HE染色、DAPI染色、DNA含量测定以及DNA琼脂糖电泳实验定性和定量评价新鲜神经脱细胞处理的效果。4.通过糖胺聚糖(GAGs)、Masson染色和胶原含量测定来评价脱细胞处理和静电纺丝过程对神经中GAGs和胶原含量的影响。5.通过免疫组化、Western Blot和ELISA分析生物活性分子(COL-Ⅰ、COL-Ⅳ、LN和FN)和再生相关因子(NGF和BDNF)。6.通过细胞毒性、细胞亲和性、皮下植入炎症反应、力学性能测试、降解性和吸水率实验来评价三种导管的安全性和物理性能。7.建立大鼠10mm坐骨神经损伤模型,根据移植物的不同将大鼠随机分成四组:自体神经移植组(ANG)、BNC组、ENC组、PLA-PCL组。术后12周,进行术后大体观察、足迹分析、小腿周长测量、电生理测试、甲苯胺蓝染色来评估各组神经导管对坐骨神经再生的效果。结果:1.体式镜和扫描电镜图显示,BNC的内层(ECM)和外层(PLA-PCL)黏合的很好,没有明显分层现象。2.神经和导管横切片的HE染色和DAPI染色结果显示,新鲜神经组(Fresh porcine nerves,FPN)清晰可见蓝色细胞核的存在,而脱细胞神经组(Decellularized porcine nerves,DPN)和ENC组均没有明显细胞核和髓鞘的残留。DNA定量分析和DNA琼脂糖凝胶电泳结果显示,与FPN组DNA含量相比,DPN组和ENC组都显著下降,且DPN组和ENC组的DNA含量都小于50ng/mg;从电泳图可清晰看出FPN组有大于200bp的DNA条带,而DPN组和ENC组都没有明显的DNA条带。3.Masson染色结果显示,FPN组可见红色的髓鞘和蓝色的胶原纤维的均匀分布,而DPN组和ENC组大部分成分都是蓝色的胶原纤维。胶原蛋白的定量检测结果显示,单位质量条件下,与FPN组相比,DPN组和ENC组都显著升高(p<0.05)。糖胺聚糖的定量分析结果显示,脱细胞前后,单位质量的样品中糖胺聚糖的比例减少,而DPN组和ENC组的糖胺聚糖含量差异没有统计学意义(p>0.05)。4.免疫组化染色结果显示,四种生物活性分子在FPN组和DPN组的神经束中均有表达,但在神经外膜上LN分子不表达。Western Blot分析结果显示,COL-Ⅰ、COL-Ⅳ、LN和FN在DPN和ENC中都有表达,DPN中LN和COL-Ⅳ的表达量要显著高于DPN(p<0.05),而两组之间的FN和COL-I分子的表达量没有显著差异(p>0.05)。ELISA检测结果显示,DPN组中LN分子含量显著高于ENC组(p<0.05),而DPN组和FPN组中的LN分子含量没有显著差异(p>0.05);此外,DPN组的FN分子含量显著高于FPN组(p<0.05),DPN组和ENC组中FN分子含量无显著差异(p>0.05);DPN组中的COL-Ⅳ含量显著高于FPN组和ENC组,且FPN组和ENC组中的COL-Ⅳ含量差异无统计学意义(p>0.05)。再生相关的生长因子的ELISA检测结果显示,FPN组中的NGF和BDNF因子含量略微高于DPN组,但差异无统计学意义(p>0.05),DPN组中NGF含量显著高于ENC组(p<0.05),而DPN组和ENC组中的BDNF因子含量没有显著差异(p>0.05)。5.细胞毒性实验结果显示,ENC组和BNC组的细胞增殖率均显著高于PLA-PCL组和阳性对照组(p<0.05),在浸提液浓度为100%时,ENC组和BNC组的细胞增殖率明显高于阴性对照组(p<0.05)。扫描电镜观察细胞亲和性结果显示,ENC组和BNC组细胞数量和细胞状态均要优于PLA-PCL组。皮下植入实验结果显示,BNC组和ENC组在术后12周后的炎症细胞数量少于PLA-PCL组(p<0.05)。力学性能测试结果显示,BNC组和PLA-PCL组的最大缝线保留强度显著高于神经外膜组和ENC组(p<0.05)。吸水率实验结果表明,BNC组和ENC组的吸水率显著高于PLA-PCL组(p<0.05)。6.大鼠神经缺损修复12周后,大鼠的足迹实验和小腿周长比(患侧/健侧)测量结果可知,ENC组和BNC组的小腿周长比和坐骨神经功能指数(SFI)均要显著高于PLA-PCL组(p<0.05),且ENC组和BNC组之间的小腿周长比和SFI值无显著差异(p>0.05)。电生理检测结果显示,在术后12周,ENC组和BNC组的神经传导速度和波幅比均显著高于PLA-PCL组(p<0.05),且ENC组和BNC组之间差异无统计学意义(p>0.05)。甲苯胺蓝染色的结果显示,与PLA-PCL组相比,ENC组和BNC组中的有髓神经纤维密度显著升高(p<0.05),并且ENC组和BNC组中的有髓神经纤维密度的无明显差异(p>0.05)。结论:1.通过静电纺丝技术制备的BNC,具有不易分层、良好的力学性能、更高的孔隙率、无溶血反应,较低的炎症反应的特性,完全满足作为神经修复材料的标准;此外,作为导管的内层的细胞外基质层保留了各种细胞外基质成分、生物活性分子和再生相关因子。2.BNC具有良好的生物亲和性,与PLA-PCL导管相比,它能更加有效促进施万细胞的粘附、渗入和迁移。此外,BNC不但没有细胞毒性,还能促进细胞增殖。3.BNC比PLA-PCL导管能够更加有效的引导再生神经纤维通过缺损部位,促进神经功能恢复。
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