CN102085393A

CN102085393A - 一种具有双层结构的生物可降解神经导管及其制备方法

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Publication number: CN102085393A
Application number: CN2011100287811A
Authority: CN
Inventors: 杨庆; 邵梅玲; 郯志清; 沈新元; 张佩华; 王文祖; 陈璐
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University
Priority date: 2011-01-26
Filing date: 2011-01-26
Publication date: 2011-06-08

Abstract

本发明涉及一种具有双层结构的生物可降解神经导管及其制备方法，生物可降解神经导管包括作为骨架结构的聚乙交酯-丙交酯PLGA制成的网状单丝内衬和作为外层结构的可降解生物材料制成的纳米纤维毡。制备方法包括：(1)采用熔融纺丝法制得PLGA单丝，拉伸取向后编织成网状内衬导管；(2)将可降解生物材料溶于有机溶剂中，制得质量分数为3～20％的纺丝原液；(3)将网状内衬导管作为接收装置，将纺丝原液在网状内衬导管表面进行静电纺丝，即得。本发明生物相容性良好，具有适宜的降解时间以及较高的力学强度，能够促进受损神经再生修复；制备方法操作简单，成本低，对环境友好，经济效益高，具有良好的应用前景。

Description

一种具有双层结构的生物可降解神经导管及其制备方法

技术领域

本发明属于生物可降解神经导管的领域，特别涉及一种具有双层结构的生物可降解神经导管及其制备方法。

背景技术

十九世纪末，首先由Cluck通过采用脱骨钙制成了骨性管来桥接神经缺损部位，进行神经修复，利用导管来修复神经缺损的研究不断进行。包括Weiss在1944年提出的利用无缝合线导管化的方法来修复神经损伤的概念，以及20世纪70年代后期逐渐发展起来的人工神经移植技术，即采用生物材料来制备神经导管，并在导管内腔中营造神经生长的微环境，引导并促进神经再生。近年来，随着组织工程技术研究的不断研究和探索，组织工程化神经移植成为修复周围神经损伤的理想方案。但是到目前为止，对神经修复的研究进展仍是缓慢的，对于如何获得理想的神经再生形式，并进一步提高神经功能的恢复能力，成为各国学者不断努力的方向。

周围神经的损伤大致可以分为两类：断端间无缺损损伤和断端间有缺损两类。对于断端间无缺损损伤目前主要是采用外膜吻合、束膜吻合等手术方法直接进行吻合修复。但是对于断端间有缺损的损伤来说，由于其断端神经胶质和神经******的增生均会阻碍再生神经纤维的向前生长，从而会使再生组织到达不了原位而失去功能。因此对断端间有损伤的周围神经的修复是目前医学界面临的一个主要难题，也是各国科学家的研究热点。

近年来，随着组织工程技术的发展，采用组织工程学的基本原理和方法，根据神经再生的生物学特性，制备具有良好生物相容性的载体物质作为神经导管来修复周围神经的损伤以成为主要研究方向。通过神经导管桥接修复周围神经损伤，就是用生物或非生物材料制成的导管桥接周围神经损伤断端，为损伤的神经再生提供再生室。其优点在于：一方面，由于神经再生没有穿透性，在生长过程中若遇到障碍则生长会马上终止，神经导管为神经再生提供了一个无障碍的通道，可以防止周围***的侵入和疤痕的形成；另一方面，神经导管有利于保持内源性和外源性的神经营养因子、生长因子等能够促进突触生长的刺激物质。也就是说，利用神经导管的方法来修复周围神经损伤的机理就是为神经再生营造一个适宜的“微环境”。近些年来，各国的研究人员发明了各种类型的神经导管，主要有非神经组织导管、非生物降解神经导管以及可生物降解神经导管，简单介绍如下：

Dellon等人【Dellon et al.，Bioabsorbable surgical device for treating nerve defects，U.S.Pat.No.4870966】发明了一种用针织或编织方法制备的柔软、多孔的可降解网状神经导管。导管设计成卷曲状，以免在需要弯曲时损伤内部的再生***。导管内部很光滑，尽量使神经轴突处于最佳生长环境中。Li【Li，Multi-layered，semi-permeable conduit for nerve regeneration，U.S.Pat.No.4,963,146；Li，Multi-layered，semi-permeable conduit for nerve regeneration comprised of type 1 collagen，its method of manufacture and a method of nerve regeneration using said conduit，U.S.Pat.No.5,026,381】发明的神经导管管壁是由多层半渗透I型胶原组成的，管壁中孔洞尺寸在0.006～5微米之间，据称这些孔洞可选择性地允许神经元因子通过而阻止纤维性细胞穿越。Nichols【Nichols，Nerve regeneration conduit，U.S.Pat.No.5019087】也发明了类似的神经导管，管壁由I型胶原和层粘连蛋白组成，据称蛋白的加入能加速神经的生长。

国内的研究人员也在研制神经导管这一方面做出了巨大的贡献：敖强等人【敖强等，一种神经组织工程管状支架及其制备方法：200410009259.9[P].2004-06-25】发明了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***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。张菁等人【张菁等，可促进神经再生的复合胶原神经导管及其中空湿法纺丝成形方法：200410099205.6[P].2004-12-29】公开了一种可促进神经再生的复合胶原神经导管及其中空湿法纺丝成形方法。由胶原蛋白，壳聚糖及致孔剂组成的复合胶原蛋白纺丝原液，通过一步法中空湿法纺丝成形方法制得复合胶原神经导管。该方法中纺丝成形与致孔技术相结合，一次性成型中空半透性神经导管，减少了导管加工的复杂性。易于纺制出不同的孔径、孔隙率、直径及截面形状的神经导管，从而创造出适合各类细胞粘附生长的环境，促进神经的再生。徐国风【徐国风，生物型神经导管：200510120792.7[P].2005-12-20】公开了一种生物型神经导管及其制备方法，它由经过非醛类固定剂交联固定和活泼试剂及强氢键试剂去除抗原处理的动物膜材制成的薄壁管体和固定在管壁上的由前述方法处理的动物膜材裁成的细长片条螺旋盘绕粘合而成的螺旋支架组成。本发明的优点是：它由以动物组织为原料的天然生物材料制成，无免疫原性，不会引起排斥反应，具有良好的组织相容性，可诱导神经细胞的***、增殖及迁移，促进神经组织的再生。它既能保证神经组织再生所需空间通道，又能透过营养物质和长入血管，供应神经组织生长的营养需要，为神经组织的再生性修复创造良好的微环境，当神经组织的再生修复完成后，它可被降解吸收，不作为永久异物的存在。吴琼等人【吴琼等，一种神经导管支架及其制备方法：200910001598.5[P].2009-01-15】提供了一种神经导管支架，其由聚羟基脂肪酸酯构成，所述神经导管支架的内壁为致密小孔状结构，孔径为10μm以下；外壁为疏松大孔结构，孔径为30-100μm。该神经导管支架采用先将聚羟基脂肪酸酯系列聚合物和有机溶剂混合制成均一溶液，混合比例为每克聚羟基脂肪酸酯系列聚合物添加8-20ml有机溶剂，再将上述溶液中加入不同直径的水溶性颗粒，均匀搅拌后，用圆棒状模具蘸取混合物；待溶液完全凝固后，溶出致孔剂，得到多孔结构。范存义等人【范存义等，一种神经导管及其制备方法和用途：200810208123.9[P].2008-12-29】公开了一种神经导管及其制备方法和用途，所述神经导管由“壳-芯”结构纳米纤维构成，所述“壳-芯”结构纳米纤维的芯层含有生物活性成分，所述“壳-芯”结构纳米纤维的壳层含有生物可降解材料；所述神经导管的内径为0.5-5.0mm，外径为1.0-6.0mm；所述生物活性成分是神经营养因子；所述生物可降解材料选自下述的一种或多种：乳酸-聚羟基乙酸共聚物(PLGA)，聚乳酸一己内酯共聚物P(LLA-CL)，聚三羟基丁酸(PHB)，或聚磷酸酯(PPE)。但是在其发明中的神经导管没有骨架结构，其力学性能会受到影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有双层结构的生物可降解神经导管及其制备方法，该神经导管生物相容性良好，具有适宜的降解时间以及较高的力学强度，能够促进受损神经再生修复；制备方法操作简单，成本低，对环境友好，经济效益高，具有良好的应用前景。

本发明的一种具有双层结构的生物可降解神经导管，包括：作为骨架结构的聚乙交酯-丙交酯PLGA制成的网状单丝内衬和作为外层结构的可降解生物材料制成的纳米纤维毡。

所述的可降解生物材料为聚乙交酯-丙交酯PLGA、聚乳酸PLA、聚丁二酸丁二醇酯PBS、聚己内酯PCL、丝素蛋白中的一种或几种。

所述的神经导管长度为10～100mm，内径为0.5～5mm，壁厚为0.02～1.5mm。

本发明的一种具有双层结构的生物可降解神经导管的制备方法，包括：

(1)采用熔融纺丝法制得PLGA单丝，拉伸取向后编织成网状内衬导管；

(2)将可降解生物材料溶于有机溶剂中，制得质量分数为3～20％的纺丝原液；

(3)将步骤(1)中的网状内衬导管作为接收装置，将步骤(2)中的纺丝原液在网状内衬导管表面进行静电纺丝，即得具有双层结构的生物可降解神经导管。

所述步骤(2)中的有机溶剂为四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺DMF、丙酮、氯仿、甲酸、三氟乙酸中的一种或几种。

所述步骤(3)中的静电纺丝工艺参数为推进泵的流量为1.3mL/h，外加高压为7～10kv，接收距离为18cm。

神经导管的外层材料为可生物降解的高比表面积、高孔隙率的三维网络结构，可以用作组织工程的支架。通过调整PGLA单丝纤维的纤度、网状导管的编织密度可调控神经导管的强度与柔软性；通过调节外层静电纺丝毡的纺丝工艺参数可以调控神经导管的壁厚、密度、空隙率、孔洞尺寸等结构参数。本发明可以应用于周围神经***的修复。

有益效果

(1)本发明的神经导管管壁是采用同轴静电纺丝法制备而成的一种具备高比表面积、高孔隙率、三维网络状的结构，在起到导向、输送养分作用的同时还是再造神经的组织工程支架；

(2)本发明的神经导管的内衬是采用熔融纺丝法制备而成的PLGA单丝，由于高分子量的PLGA不仅具有良好的生物相容性和适宜的降解时间，还具有较高的力学强度，适合作为神经导管的骨架结构；

(3)本发明的神经导管可在严重受损断裂并很难通过外科手术进行缝合的神经两端架起一座桥梁，起到促进受损神经再生修复的作用；

(4)本发明的制备方法操作简单，成本低，对环境友好，经济效益高。

附图说明

图1为采用高分子可降解纤维制成的内衬网状导管；

图2为所制备的神经导管外观。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

(1)将熔融纺丝制得的PGLA单丝编织成内径为2mm的网状圆管，定长定型后套入静电纺丝机装置的旋转接收圆管上，旋转速度为4000rpm；

(2)将PLA溶解于四氢呋喃/DMF溶液(四氢呋喃∶DMF的体积比＝3∶1)中，搅拌后制成PLA质量百分比为6％的PLA/四氢呋喃/DMF溶液；将丝素蛋白溶解于三氟乙酸溶液中，搅拌后制成丝素蛋白质量百分比为10％的纺丝原液；

(3)将上述两种纺丝原液分别导入两个注射泵中，两个注射泵具有内外两个同一轴心的喷头，进行静电纺丝，调整推进泵的流量为1.3mL/h，外加高压为10kv，接收距离为18cm；

(4)静电纺丝结束后，取下神经导管，用钴60照射消毒、包装，神经导管长度为50mm，壁厚为1mm。

实施例2

(2)将PBS/PCL(质量比1∶4)溶解于氯仿溶液中，搅拌后制成溶质质量分数为10％的PBS/PCL/氯仿溶液；将明胶溶解于甲酸溶液中，搅拌后制成明胶质量分数为10％的纺丝原液；

(3)将两种纺丝原液分别导入两个注射泵中，两个注射泵具有内外两个同一轴心的喷头，进行静电纺丝，调整推进泵的流量为1.3mL/h，外加高压为7.53kv，接收距离为18cm；

(4)静电纺丝结束后，取下神经导管，用钴60照射消毒、包装，神经导管长度为10mm，壁厚为0.02mm。

实施例3

(1)将熔融纺丝制得的PGLA单丝编织成内径为0.5mm的网状圆管，定长定型后套入静电纺丝机装置的旋转接收圆管上，旋转速度为4000rpm；

(2)将PBS/PLA(质量比1∶4)溶解于氯仿溶液中，搅拌后制成溶质质量分数为10％的PBS/PLA/氯仿溶液；将明胶溶解于甲酸溶液中，搅拌后制成明胶质量分数为10％的纺丝原液；

(3)将两种纺丝原液分别导入两个注射泵中，两个注射泵具有内外两个同一轴心的喷头，进行静电纺丝，调整推进泵的流量为1.3mL/h，外加高压为8kv，接收距离为18cm；

(4)静电纺丝结束后，取下神经导管，用钴60照射消毒、包装，神经导管长度为100mm，壁厚为1.5mm。

实施例4

(1)将熔融纺丝制得的PGLA单丝编织成内径为5mm的网状圆管，定长定型后套入静电纺丝机装置的旋转接收圆管上，旋转速度为4000rpm；

(4)静电纺丝结束后，取下神经导管，用钴60照射消毒、包装，神经导管长度为80mm，壁厚为0.5mm。

Claims

1.一种具有双层结构的生物可降解神经导管，包括：作为骨架结构的聚乙交酯-丙交酯PLGA制成的网状单丝内衬和作为外层结构的可降解生物材料制成的纳米纤维毡。

2.根据权利要求1所述的一种具有双层结构的生物可降解神经导管，其特征在于：所述的可降解生物材料为聚乙交酯-丙交酯PLGA、聚乳酸PLA、聚丁二酸丁二醇酯PBS、聚己内酯PCL、丝素蛋白中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的一种具有双层结构的生物可降解神经导管，其特征在于：所述的神经导管长度为10～100mm，内径为0.5～5mm，壁厚为0.02～1.5mm。

4.一种具有双层结构的生物可降解神经导管的制备方法，包括：

5.根据权利要求4所述的一种具有双层结构的生物可降解神经导管的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的有机溶剂为四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺DMF、丙酮、氯仿、甲酸、三氟乙酸中的一种或几种。

6.根据权利要求4所述的一种具有双层结构的生物可降解神经导管的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中的静电纺丝工艺参数为推进泵的流量为1.3mL/h，外加高压为7～10kv，接收距离为18cm。