第31卷第5期 中国材料进展 Vol 31 No 5 2012年5月 MATERIALS CHINA May 2012 特约专栏 中枢神经系统损伤修复生物材料研究进展 王颖,何晋,刘茜,郭牧遥,王秀梅,崔福斋 (清华大学材料科学与工程系再生医学与仿生材料研究所,北京100084) 摘要:中枢神经系统损伤导致神经细胞死亡、组织破坏,造成神经功能永久性缺失,是长期困扰生物医学界的一大难题 目前尚无有效疗法。组织工程技术不仅能通过纳米生物材料为神经细胞和神经纤维生长提供结构支持,还能同时递送各种有 利于神经再生修复的活性信号分子,有望在促进中枢神经损伤组织修复的同时,实现神经功能的重建,为中枢神经损伤再生 修复带来希望。结合国内外有关中枢神经系统组织工程研究的最新进展,对中枢神经修复生物材料设计的主要策略、以及包 括天然生物大分子和合成高分子在内的多种中枢神经修复生物材料的应用进行了详细综述 关键词:中枢神经系统;组织工程;纳米生物材料 中图分类号:R318.08文献标识码:A文章编号:1674-3962(2012)05-0011-09 Research Progress on Biomaterials for Treatment of Central Nervous System Injuries WANG Ying, HE Jin, LIU Xi, GUO Muyao, WANG Xiumei, CUI Fuzhai Institute for Regenerative Medicine and Biomimetic Materials, Department of Materials Science and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China) Abstract: Injuries to central nervous system(CNS) lead to severe and permanent neurological deficits. Tissue engi neering is the most hopeful treatment by providing a regenerative environment in the CNS after injury as well as deliverin cells to the injured site. Artificial scaffolds not only provide a suitable support for axonal regeneration and cellular migra- tion, but delivery many bioactive molecules for neural repair. In this review we discuss the development of scaffolds and current strategies for designing scaffolds for cns tissue engineerin Key words: central nervous system( CNS )injury; tissue engineering; nanobiomaterial 1前言 脑和脊髓损伤灶往往形成液化坏死腔,有一定容 积,这使植入组织工程支架治疗成为可能。组织工程支 中枢神经系统(CNS)包括脑和脊髓,可因缺血、出架不仅可以填充组织缺损,有利于内源性和外源性细胞 血、肿瘤、创伤等多种原因造成损伤,引起大量神经细依附、迁移和生长,还能通过修饰各种活性物质来调控 胞死亡、组织破坏,严重影响感觉、运动和植物神经功损伤灶周边微环境,例如释放神经营养因子,中和再生 能。其发病率、致残率高,往往导致残疾等严重后遗抑制因子,调控神经干细胞、神经元、胶质细胞,诱导 症,使病人生活质量显著降低。 轴突生长等,建立一个适宜神经再生的环境,突破种种 由于中枢神经系统的再生能力有限,成熟的神经元再生障碍,实现神经再生。目前在中枢神经损伤修复生 不能增殖分裂以替代损伤的细胞;并且受损伤组织内又物材料方面已经开展了大量工作,在此,我们对该领域 产生了抑制神经细胞和轴突生长的环境,因此使其自身国内外最新研究进展进行综述 修复难以实现,中枢神经系统损伤的治疗一直是世界性 难题。 2中枢神经损伤后神经病理学变化 临床上,根据中枢神经的损伤病变发生的规律,分 收稿日期:2012-03-31 为2个主要阶段:原发性和继发性损伤。受损伤后瞬间 基金项目:科技部973计划项目(201020):国家自然科学引起的组织损害为原发性损伤;在原发损伤基础上发生 基金资助项目(81070977) 作者简介:王颖,女,1974年生,助理研究员 的多种因素参与的,序列性组织自毁性破坏的过程称为 通信作者:崔福裔,男,1945年生,教授,博士生导师 继发性损伤,主要因细胞凋亡,微循环障碍,小血管破第 @$ 卷 第 ' 期 "#$" 年 ' 月 中国材料进展 ABC<D9BE; 5F9GB H+-I@$ G+I' A2J"#$" 收稿日期! "#$" K#@ K@$ 基金项目! 科技部 (L@ 计划项目!"#$$5/%#%"#'# $ 国家自然科学 基金资助项目!)$#L#(LL# 作者简介! 王 颖" 女" $(L= 年生" 助理研究员 通信作者! 崔福斋" 男" $(=' 年生" 教授" 博士生导师 中枢神经系统损伤修复生物材料研究进展 王 颖# 何 晋# 刘 茜# 郭牧遥# 王秀梅# 崔福斋 !清华大学材料科学与工程系 再生医学与仿生材料研究所" 北京 $###)=# 摘 要! 中枢神经系统损伤导致神经细胞死亡% 组织破坏" 造成神经功能永久性缺失" 是长期困扰生物医学界的一大难题" 目前尚无有效疗法( 组织工程技术不仅能通过纳米生物材料为神经细胞和神经纤维生长提供结构支持" 还能同时递送各种有 利于神经再生修复的活性信号分子" 有望在促进中枢神经损伤组织修复的同时" 实现神经功能的重建" 为中枢神经损伤再生 修复带来希望( 结合国内外有关中枢神经系统组织工程研究的最新进展" 对中枢神经修复生物材料设计的主要策略% 以及包 括天然生物大分子和合成高分子在内的多种中枢神经修复生物材料的应用进行了详细综述( 关键词! 中枢神经系统$ 组织工程$ 纳米生物材料 中图分类号! D@$)I#) 文献标识码! B 文章编号! $%L= K@(%" ""#$"##' K##$$ K#( /%3%+1'451#61%33#*!"#$+&%1"+,37#181%+&$%*&#7 9%*&1+,:%1;#)3<=3&%$ >*?)1"%3 *BGVS067" F<T06" E9:U0" V:QARJ2+" *BGVU0R140" 5:9aRZO20 !968303R34>+,D47464,230Y4A4.0X06426. /0+101430XA234,02-8" N4\2,31463+>A234,02-8;X046X426. <670644,067" C8067OR2:60Y4,803J" /40W067$###)=" 5O062# !"#$%&'$) 96WR,0483+X463,2-64,Y+R88J8341!5G;# -42. 3+84Y4,426. \4,12646364R,+-+70X2-.4>0X038MC088R44670^ 644,067083O41+83O+\4>R-3,4231463[J\,+Y0.0672,47464,230Y446Y0,+6146306 3O45G; 2>34,06WR,J28?4--28.4-0Y4,067 X4--83+3O406WR,4. 8034MB,30>0X02-8X2>>+-.86+3+6-J\,+Y0.428R032[-48R\\+,3>+,2h+62-,47464,230+6 26. X4--R-2,107,2^ 30+6" [R3.4-0Y4,J126J[0+2X30Y41+-4XR-48>+,64R,2-,4\20,M96 3O08,4Y04??4.08XR883O4.4Y4-+\1463+>8X2>>+-.826. XR,,46383,2347048>+,.480760678X2>>+-.8>+,5G; 3088R44670644,067M ()* +,%-#) X463,2-64,Y+R88J8341!5G;# 06WR,J$ 3088R44670644,067$ 626+[0+1234,02- ! 前 言 中枢神经系统!5G;#包括脑和脊髓" 可因缺血% 出 血% 肿瘤% 创伤等多种原因造成损伤" 引起大量神经细 胞死亡% 组织破坏" 严重影响感觉% 运动和植物神经功 能( 其发病率% 致残率高" 往往导致残疾等严重后遗 症" 使病人生活质量显著降低( 由于中枢神经系统的再生能力有限" 成熟的神经元 不能增殖分裂以替代损伤的细胞$ 并且受损伤组织内又 产生了抑制神经细胞和轴突生长的环境" 因此使其自身 修复难以实现" 中枢神经系统损伤的治疗一直是世界性 难题( 脑和脊髓损伤灶往往形成液化坏死腔" 有一定容 积" 这使植入组织工程支架治疗成为可能( 组织工程支 架不仅可以填充组织缺损" 有利于内源性和外源性细胞 依附% 迁移和生长" 还能通过修饰各种活性物质来调控 损伤灶周边微环境" 例如释放神经营养因子" 中和再生 抑制因子" 调控神经干细胞% 神经元% 胶质细胞" 诱导 轴突生长等" 建立一个适宜神经再生的环境" 突破种种 再生障碍" 实现神经再生( 目前在中枢神经损伤修复生 物材料方面已经开展了大量工作" 在此" 我们对该领域 国内外最新研究进展进行综述( " 中枢神经损伤后神经病理学变化 临床上" 根据中枢神经的损伤病变发生的规律" 分 为 " 个主要阶段) 原发性和继发性损伤( 受损伤后瞬间 引起的组织损害为原发性损伤$ 在原发损伤基础上发生 的多种因素参与的" 序列性组织自毁性破坏的过程称为 继发性损伤" 主要因细胞凋亡" 微循环障碍" 小血管破