面神经再生修复用电活性导管材料设计及性能调控

The scarcity of grafts in neural transplantation and the immunological rejection in the facial nerve repairing by nerve autograft and allogeneic nerve graft are of the most difficult challenge to overcome. Duo to the amazing performance of the carbon nanotube and the bioelectricity active materials in the facial nerve regeneration, the carbon nanotube was used as the ideal substitute materials to prepare electroactive nerve conduit with novel structure in this research. The technology for preparing guided tissue regeneration membrance decorated by CNT and the conducting polymer based nanofiber was developed to build the new nerve conduit. The biological functions of the new nerve conduit were explored by the cell culture in vitro and animal experiment, and the results will establish some technical bases for nerve regeneration applications.

应用自体或异体神经移植修复面神经缺损存在供源稀缺、免疫排斥等难以解决的难题。因此，制备面神经的替代品成为近年来周围神经外科领域的研究热点。碳纳米管和生物电活性材料是研究神经修复材料的热点。本项目拟通过构建具有电活性的新型神经导管，重点突破负载碳纳米管引导组织再生膜和导电高分子纳米纤维的制备技术、材料的电学性能调控和新型电活性导管组装等关键技术，研发适应新型面神经技术发展的新一代具有电活性的神经修复导管，通过体外细胞培养和动物实验研究考察和验证新型神经诱导修复材料和神经修复导管的生物学功能，为进入临床试验提供基础数据，并最终通过临床前评价确定新型神经修复材料的生物反应性，形成基于电效应的面神经修复导管的制备技术，为今后的神经修复应用奠定技术基础。

在神经组织中，生理电的传导对神经再生的调控至关重要。当采用电活性材料应用于神经组织修复，有利于维持体内生物电的传导，促进损伤处组织再生。实验中通过在聚酯纤维表面沉积一层导电高分子聚吡咯来制备导电纤维（POP）并用于研究，探索导电纤维对神经修复的调控作用。POP纤维具有良好的导电性、力学性能和生物相容性，且有利于PC12细胞的增殖与分化，可诱导神经纤维的生长；结合神经组织的电生理特性，制备了管腔内填充导电平行纤维的导电神经导管（PP-POP），该导管可促进大鼠坐骨神经功能指数和电生理传导的恢复，以及神经纤维和髓鞘的再生。.同时在本次研究中，采用导电纤维POP构建体外电场，模拟体内生理电刺激，研究电场刺激（ES）对细胞增殖、分化等行为的调控机制。实验表明ES能够显著促进PC12细胞的分化，并且在ES的作用下，细胞内活性氧（ROS）含量随着电场强度的增强而升高，电场强度较高（>50mV/mm）会引起细胞内ROS含量过高，减弱对细胞分化的促进作用。此项研究证明在ES的刺激作用下，细胞内应激产生的ROS作为一种中间调控枢纽用于调节细胞分化行为。与此同时，在适宜电场强度调控作用下，ES可与其他生物诱导因子协同促进骨髓间充质干细胞（BMSC）向神经细胞分化转移：在层粘连蛋白处理后的POP导电纤维表面接种细胞，采用含有神经生长因子(NGF)的培养基培养细胞，在ES的作用下，细胞向神经细胞的分化转移效果最明显。研究表明导电纤维能够有效在体内、体外传导电信号调节细胞分化，促进神经再生。.除此之外，大部分导电材料在体内无法降解，当组织修复完成后，支架中的导电材料在体内的去向一直没有明确的研究。实验中采用荧光标记的碳纳米管（CNTs）制备神经导管修复大鼠坐骨神经，当体内神经导管降解后，对体内碳纳米管进行示踪，发现荧光标记的CNTs仍然停留在再生的神经组织中,不会引起任何炎症反应。所以导电材料在组织工程中具有非常广大的运用前景。