一种神经组织工程管状支架的制备方法及其专用模具技术

一种神经组织工程管状支架及其制备方法，该神经组织工程管状支架由壳聚糖管壁和具有轴向多通道的生物来源填充基质组成，且各通道间具有相互连通的微孔，既能防止纤维结缔组织的侵入，也利于管内外营养物质和代谢产物的交换。该方法首先制备内径为１～５ｍｍ半渗透性壳聚糖中空管，然后在管中灌入壳聚糖、胶原或明胶等生物大分子溶液，利用专用模具及冷冻干燥技术，制备具有７～５０个轴向通道的可用于神经损伤修复的管状支架。所得具有仿生结构的多通道神经导管有利于细胞粘附、迁移和引导轴突定向生长，适用于神经损伤的修复与再生。该制备工艺操作简便，提供了一种新的制备神经组织工程支架的思路和方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，特别涉及一种具有轴向多通道特定微结构基质的神经导管、制备方法及其专用模具，属于生物医用材料及组织工程

技术介绍
周围神经损伤临床非常多见，神经一旦缺损，相应部位的感觉、运动功能就会受到影响甚至丧失。目前临床上有效的治疗方法是自体神经移植。但自体神经来源有限，且伴随着供区功能受损。人们尝试应用骨骼肌、静脉替代自体神经移植，收效甚微。随着医学、生物学和组织工程学的发展，人们考虑并尝试用人工神经导管来代替自体神经移植。其中，生物来源可吸收神经再生导管的研究和应用是最有希望的。生物来源可吸收神经再生导管是指用生物来源可体内降解的材料预制成导管，再将损伤神经的远近断端放入管内，两断端神经外膜与管壁固定，随后，神经轴突即可沿着管腔从近端长入远端。神经导管在神经再生的过程中可以防止纤维疤痕组织的侵入，提高局部神经营养因子的浓度，营造有利于神经再生的微环境，引导轴突沿正确的方向生长，同时随着神经再生的完成逐渐降解，避免二次手术取出。但是，以往研究所用的中空导管，如自体静脉、硅胶管及用PLGA、胶原、壳聚糖等制作的人工神经导管，与正常神经结构差距甚远，不利于轴突的附着延伸，也难以预置足够的雪旺细胞，管内多余的空间很快被渗出血肿所充填，阻碍轴突生长。鉴于此，人们开始考虑在导管中填充基质材料，增大轴突攀附生长的表面积，或承载细胞及营养因子。中国专利申请00810000.4提供一种聚酯类材料神经导管，管腔内填充胶原盐酸溶液经冷冻干燥得到具有微细纤维化的胶原体内容物，然而，该方法难以制得具有轴向贯通的多通道结构；中国专利申请02113103.1将壳聚糖纤维置入壳聚糖管制备纯壳聚糖神经导管；中国专利申请02105864.4在聚酯类材料制得的中空管中放置折叠卷曲的具有凹凸表面的多孔性聚酯类薄膜来增大腔内表面积，制作多通道型神经再生导管，然而上述导管内容物呈游离状态，不能维持稳定的结构，并且难以预置细胞。美国专利US 5925053(1999)和US 6214021(2001)提供了制作多管腔(multi-lumen)神经导管的方法，该方法在模具内事先放置若干细纤维，再将含有有机溶剂的高分子溶液注入模具内，之后经冷冻方法予以固化，再经升华方式将此材料内的溶剂抽出，最后将细纤维抽出而形成多管腔的神经导管。但该方法所得神经导管无外壁，纤维组织易侵入，所用高分子材料如PLGA、PGA、PLA体内降解酸性产物不利于轴突生长，所用有机溶剂不利于负载营养因子。理想的神经组织工程支架应该模拟正常神经结构，能够提供轴突攀附生长的轴向微细管道及神经营养因子，并且可以承载利于神经修复和再生的细胞，防止纤维瘢痕组织的侵入，从而改善再生微环境；支架材料应具有良好的生物相容性和可生物降解性；支架应具有神经的形状、稳定的结构、合适的孔径、孔隙率和外壁的通透性；支架内部的基质结构应该具有密集的轴向通道和横向渗透性微孔；这种具有稳定的仿生结构的多通道神经导管有利于细胞粘附、迁移和引导轴突再生。目前可以用来制作这种神经导管的技术有(1)颗粒沥滤制孔技术(particulate-leaching techniques)；(2)热挤压技术(heat compression andextrusion techniques)(3)实体自由成形制造(solid free-form fabrication)，也叫快速成型技术。然而，用颗粒沥滤制孔技术制作的无规结构导管引导轴突再生能力是不可靠的，热挤压技术不能在基质材料中加入治疗性药物或因子，因为机械加工和热处理过程会使他们变性或降解，而且，目前的热挤压技术不适合制作适于神经修复的小孔径导管。快速成型技术模拟喷墨打印机原理，进行三维器官打印，但受到材料的限制，一些生物材料(比如胶原和壳聚糖)就不能应用于此种方法，而且药物因子同样不能忍受这样的加工过程而限制了它的应用。因此，如何优化制备一种更加适合神经修复与再生的组织工程支架是材料和神经科学工作者共同面临的重要任务。
技术实现思路
本专利技术的目的是模拟正常神经结构，采用天然可降解的生物材料，制备具有轴向多通道特定微结构基质的神经组织工程管状支架。使该支架不仅能够提供轴突攀附生长的轴向微细管道及神经营养因子，并且可以承载利于神经修复和再生的细胞，防止纤维瘢痕组织的侵入；支架材料应具有良好的生物相容性和可生物降解性；且具有稳定的结构、合适的孔径、孔隙率和外壁的通透性；支架内部的基质结构应该具有密集的轴向通道和横向渗透性微孔；这种具有稳定的仿生结构的多通道神经导管有利于细胞粘附、迁移和引导轴突再生。上述专利技术目的是通过如下技术方案实现的一种神经组织工程管状支架，其特征在于该支架由壳聚糖外管壁和具有轴向多通道的生物来源填充基质组成，且各通道间具有相互连通的微孔；所述的生物来源填充基质选自壳聚糖、胶原、明胶中的一种或它们的混合物；所述轴向通道数目为7～50，其通道内径为200～500μm。所述壳聚糖外管壁厚度为0.4～1mm，内径为1～5mm。本专利技术还提供了一种制备神经组织工程管状支架的方法，该方法按如下步骤进行1)将聚四氟乙烯包被的不锈钢棒芯模浸入2～4％(w/v)壳聚糖乙酸溶液中，拔出，冷冻，再浸入、拔出、冷冻，至少反复3次，然后置于-20℃～-196℃冷冻12～48小时，再将其置于冷冻干燥机中冷冻干燥；2)将干燥后的带有芯模的壳聚糖管置于浓度为2～10％(w/v)的氢氧化钠溶液中浸泡10～30分钟，取出，用去离子水漂洗至中性，再浸于pH＝7.2～7.4的磷酸盐缓冲液中10～30分钟，自然干燥；3)取出不锈钢棒芯模，制得不同长度、壁厚0.4～1.0mm的壳聚糖圆管；4)利用专用模具将所制备的壳聚糖管置于模具的两个带有钢针固定孔的钢针固定片之间，根据所要制备的通道的数目及通道直径的不同，将相应数目和直径的不锈钢针平行贯穿双侧钢针固定孔及壳聚糖管内；所述钢针固定片上的固定孔数目为7～50，其孔径为200～500μm。5)将浓度为2～4％(w/v)壳聚糖乙酸溶液、浓度为1～3％(w/v)胶原盐酸溶液、浓度为10～20％(w/v)的明胶水溶液或它们的混合液注入壳聚糖管中；6)使双侧钢针固定片与壳聚糖管两端紧密接触，连同模具一起置于-20℃～-80℃冷冻12～48小时，然后将其置于冷冻干燥机中冷冻干燥；7)再按步骤2)所述的方法脱酸，然后再逐一取出不锈钢针，最终得到所需要的具有轴向排列多通道的神经组织工程管状支架。本专利技术还提供了一种制作所述神经组织工程管状支架的专用模具，其特征在于该模具包括底座，设置在底座上的两块可移动板，不锈钢针以及固定在可移动板上的两块钢针固定片；在所述的每块钢针固定片的上方设有7～50个与所述钢针直径相匹配的钢针固定孔，其孔径为200～500μm，并均匀分布在直径为1～5mm的圆形区域内。本专利技术提供了一系列具有特定微结构的圆柱形神经组织工程管状支架，支架材料来源于壳聚糖、明胶及胶原，不需要交联剂等具有毒副作用物质。支架的外管壁具有微孔半渗透结构，既能防止纤维结缔组织的侵入，也利于管内外营养物质和代谢产物的交换。支架内部纵向规则排列着许多圆柱形微细通道，这些通道不仅可以定向引导轴突生长，还可在植入前预置各种活性细胞，促进神经再生；微细通道间的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种神经组织工程管状支架，其特征在于：该支架由壳聚糖外管壁和具有轴向多通道的生物来源填充基质组成，且各通道间具有相互连通的微孔；所述的生物来源填充基质选自壳聚糖、胶原、明胶中的一种或它们的混合物；所述轴向通道数目为７～５０，其通道内径为２００～５００μｍ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：敖强，王爱军，张秀芳，公衍道，赵南明，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]