电活性仿生神经支架材料的研制和电活性评价体系的构建

以蜘蛛丝蛋白和导电高聚物为组分材料，采用静电纺丝技术和后处理技术，设计和制备综合性能理想的电活性仿生神经组织工程支架材料。研究纺丝方式和复合组分的质量比对蜘蛛丝蛋白/导电高聚物复合纤维支架的微观结构、机械力学性能和电导率、降解率、降解速率的影响，研究静电纺蜘蛛丝蛋白/导电高聚物复合纤维支架的后处理技术与材料二级结构、聚集态结构及性能之间的相互关系，揭示组分之间的相互作用机理和材料的结构与性能之间的关系。研究不同电刺激在复合纤维支架对神经细胞生长恢复中的影响和作用，建立电刺激强度和时间与神经细胞再生速率之间的关系。利用微透析技术检测神经细胞外间隙递质水平的变化，阐明电刺激促进神经细胞再生与修复受损神经的机制。通过观察电刺激大鼠坐骨神经修复前后的微观结构和电生理参数变化，构建电活性材料评价模型。初步确立电活性材料评价体系。为电活性材料在医疗领域，尤其在神经修复领域上得到进一步的应用奠定基础。

电刺激能加快神经轴突的生长，具有电性能的生物材料能够刺激神经细胞的再生。由导电聚合物制成的聚合物支架或导向通道，不仅在作为神经导向材料上，而且在定向区域的电磁刺激方面，都具有独特的优势。然而，由于聚吡咯的脆性和较差的可加工性，使它很难单独作为神经导管使用。因此，聚吡咯/可降解聚合物复合材料的研制成为研究的热点。但以往的研究大多数采用在可降解聚合物表面沉积聚吡咯的方法，这样得到的材料往往存在综合性能不理想；电导率因脱掺杂而逐渐下降的问题。同时也缺乏一种有效可靠的电活性评价体系来系统地评价电刺激对细胞生长的具体影响。因此，寻找一种综合性能优异的高分子材料，采取适当的方式与导电高聚物复合，制备综合性能理想、电导率稳定的电活性仿生神经支架材料。构建有效、可靠、准确的电活性评价体系，建立电活性评价模型，系统地研究通过复合纤维支架实施的电刺激对神经细胞的生长和恢复的影响和作用，很有必要。.本项目设计了与天然的细胞外基质相似的有一定有序度的微/纳米纤维支架。以天然蜘蛛丝、聚乳酸、聚吡咯为原料，用赖氨酸作为聚吡咯的掺杂剂，把电纺技术和电喷技术结合起来，采用同轴喷纺技术，构建了多层次、多组分、多功能的具有核-壳结构的含神经生长因子的赖氨酸掺杂聚吡咯/蜘蛛丝蛋白/聚乳酸复合微/纳米纤维神经导管，基本上解决了静电纺丝技术用于聚吡咯纺丝所遇到的困难和聚吡咯用于组织工程材料，因脱掺杂而引起电导率下降的问题。.构建了体内外电活性评价体系，评价了电刺激在复合纤维支架材料对神经细胞生长恢复中的影响和作用。体内外的研究都表明：本项目构建的电活性神经支架材料，具有良好的生物相容性，较理想的力学性能，合适稳定的电导率(0.25 – 0.56) ×10-3s cm-1)、适度的降解速率，在至少4个月的时间内能保持支架结构的完整，降解产物的pH值稳定在7.28±0.02。通过该支架，对种植在其上的PC12细胞进行电流强度为10µA左右，持续2天的电刺激，能有效促进PC12细胞的增殖和轴突的生长。由该导管桥接大鼠坐骨神经，并通过其实施的电刺激(刺激强度 0.6 V，频率 50 Hz，每次2 hours，每天 2 次，连续刺激3天)，大鼠缺损的20 mm坐骨神经在10个月内得到成功修复，其神经功能也得到很好的恢复。获得了电刺激强度的大小、持续时间的长短，电脉冲的形式等对支架NGF的释放速率和对PC12 细胞