管状三维体系中微环境对周围神经再生的影响

Cotrolling the growth direction of the neuron cell and enhancing the axone growth under three dimesional tube system are very critical to the peripheral nerve regeneration, and has meaningful reality in clinical application. In previous, we reported the fluid flow method to assemble the one dimesional particles coating on the inner side of the tube with various topography. In recent, the fluid flow assemly method was used to fabricate the multiwall carbon nanotubes coating on the inner tubes. Furthermore, the orientation and proliferation of Schwann cells were strongly related to the topography and the introduce of the extra cellular matrix protein. In this project, we will combine the advantages of the fluid flow assembly method and the effect of multiwall carbon nanotubes on neuron cells. By investigating the effect of the microenvironment (topography, presence of the bioactive proteins) of the inner tube on the behaviors of Schwann cells, the interaction and the signal pathway between microenvironment of three dimesional tube and Schwann cells will be discovered and established. Our research results will provide a theoretical guidance on exploring new peripheral nerve regeneration materials.

在管状体系中控制新生的神经细胞的取向性和促进轴突的生长是恢复周围神经功能的关键，更具有突出的现实临床意义。在前期的工作中我们报道了一种在管内壁形成具有不同拓扑结构的流动-组装方法。近期的研究发现，流动-组装方法制备的管内壁具有多壁碳纳米管的拓扑结构和细胞外基质蛋白的引入可以调控施旺细胞的生长方向和增殖数目。在此项目中，我们将结合流动-组装方法优势和碳纳米管的材料优势，以施旺细胞为研究模型，研究管内壁微环境(如导管内壁的拓扑结构、细胞外基质蛋白和生长因子的空间分布）对施旺细胞行为的影响，建立管状三维体系中微环境-施旺细胞信号调节机制，为开发新型周围神经再生材料提供新的理论基础及指导。

在周围神经组织再生中，调控神经细胞在导管内的生长方向，使神经细胞在管内精确定向排列，并促进轴突的生长是神经细胞能否完全修复的关键。作为周围神经修复的植入材料须为管状的三维体系，研究管状三维体系下的微环境对神经细胞行为的影响更具有科学和突出的现实临床意义。尽管临床科学家们很早就意识到管状导管在体内对于周围神经修复的帮助作用，但由于缺少有效构筑管内壁微环境的方法，使得在管状三维体系下微环境对神经细胞的行为影响方面的研究极少，也导致了许多神经导管材料开发的迷茫和临床试验的失败。在本项目执行过程中，我们开发了一种在管内壁形成具有不同拓扑结构的流动-组装方法，利用该方法构筑了管内壁具有多壁碳纳米管的拓扑结构。研究了表面拓扑结构对生物活性蛋白吸附的影响和关系，深入揭示了蛋白载体在具有不同拓扑结构碳纳米管表面上的吸附机制。研究表明细胞外基质蛋白的引入可以调控施旺细胞的生长方向和增殖数目。以Schwann细胞（施旺细胞）为研究模型，研究了管内壁的纳微拓扑结构、细胞外基质蛋白和生长因子的空间分布对细胞的黏附、生长速度、生长方向、成熟度等行为的影响。整合、优化了Schwann 细胞取向和成熟度的条件，探讨了管状三维体系中微环境-Schwann细胞信号调节机制，建立了三维空间下微环境-细胞的联系。该课题的完成有望为开发新型组织工程材料、神经细胞再生材料的研发提供理论基础，有助于解决心周围神经组织再生过程中涉及的一些基础问题，有利于推动我国在生物医学技术和其它相关行业的发展。