中国材料进展 第31卷 3.1.2人工合成分子水凝胶 的纤维支架与天然细胞外基质纳米结构相近,有比表面 由于人工合成高分子具有易得、价低、易制备、无积大,孔隙率高,纤维直径和孔隙尺寸小等优点,对组 免疫源性等优点,也常常用于神经损伤修复生物材料研织的再生与修复,细胞的体外大规模扩增,新型药物的 究,在中枢神经修复领域已研究了多种合成高分子水研发等都有重要的影响,在中枢神经修复领域已有研究 凝胶。 和应用 聚(甲基丙烯酸羟乙酯)(Poly(2- Hydroxyethyl Meth-3.2.1天然纤维支架 acrylate), PHEMA)交联后有很好吸水性,营养物质 胶原、层粘连蛋白、壳聚糖是研究最广泛的用于静 气体易于渗透,还能容纳细胞。将其制备为纵行管状结电纺丝的天然分子。有研究显示壳聚糖纳米纤维能支持 构植入到大鼠脊髓损伤灶后,观察到管内有轴突生长的神经干细胞增殖,并且长出大量的神经突起。在体 现象(图4)2,显示了其修复脊髓损伤的潜力 内植入,实验显示新生的神经和血管可沿壳聚糖纤维生 长。并且,在纤维内能携带药物进行释放,如6-氨 基烟酰胺,可以有效抑制胶质细胞增生形成瘢痕,促进 神经突起的生长,对脑损伤修复会有所帮助 合成纤维支架 利用静电纺丝技术制备的人工合成高分子纤维支架 有很多种,并且已经广泛应用于各种组织修复研究,在 中枢神经损伤中也有一定效果。如聚乳酸(Poly-L-Lac Acid,PLLA)纤维支架有助于引导背根节神经元生长 建立纤维联系,在中枢神经损伤后对内源和外源移 图4用于脊髓修复的有纵向管道的 pHEMA水凝胶 植的神经细胞的引导和再生都有很大帮助0。将有取 Fg4 Optical image of pHEMA scaffolds with channels for spinal cord向性的PLLA纳米纤维支架移植到大鼠3mm胸髓全断 聚[N(2羟基丙基)甲基丙烯酰胺](Poy[N-(2.缺损区,可以极大促进再生的轴突长距离生长。另 oxypropyl) Methacrylamide], pHPMA)较 PHEMA生外,很多研究发现多种纳米纤维支架对神经干细胞都有 物相容性好,用 pHPMA水凝胶治疗猫脊髓橫断损伤时很好的支持和引导作用。例如在聚氨基甲酸酯静电纺丝 观察到胶质细胞、血管和轴突都能长入到凝胶内,可明支架上培养人胚胎干细胞(hESC),细胞可以粘附在纤 显减少胶质瘢痕形成,减轻损伤远侧的髓鞘退变21。维上生长,并且这种纳米结构有利于诱导hESC分化为 用含RGD短肽的 phPma水凝胶携带间充质干细胞移植多巴胺能神经元。在其他研究中也有类似发现,如 治疗脊髓损伤5周后也成功桥接了脊髓缺损,改善了部聚己丙酰胺(PCL)电纺丝支架也可以诱导小鼠胚胎干细 分脊髓功能2。 胞分化为神经细胞,并且增加神经突起生长的数量 聚乙二醇( Polyethylene Glycol,PEG)是一种低毒性这表明人工合成高分子静电纺丝支架在中枢神经修复方 高分子,与 PHEMA和 PHEMA相比具有能够被生物降面可能会有所突破 解的优点,可用作神经营养因子的载体。可通过调节3.3自组装多肽支架 PEG凝胶交联程度调控因子释放行为,例如,将其用于 自然界中广泛存在蛋白质自组装现象,利用天然蛋 神经营养因子(NT-3) ,植入脊髓损伤灶后因子白质氨基酸序列一多肽自组装设计生物仿生材料是近年 能持续缓释2周,大大促进了轴突的再生[2 兴起的一个热门研究领域。通过合理调控多肽的分子结 聚(乳酸-羟基乙酸)共聚物(Poly( Lactic-Co- Glycolic构以及改变外界的环境,多肽分子可以利用氢键,疏水 Acid),PIGA)是一种无毒性,生物相容性良好,可吸性作用、π-π堆积作用等非共价键力自发或触发地自 收的高分子材料,在生物体内能降解代谢,性能优良,组装形成形态与结构特异的组装体。由于多肽自身具有 因此被广泛用于药物缓释和组织工程修复材料。有报道良好的生物相容性和可控的降解性能,利用多肽自组装 显示,将PIGA制备为微球载体携带干细胞注入到大鼠技术构建的各种功能性材料在药物控制释放,组织工程 脑梗塞灶,注入体可与脑组织整合,可能成为促进脑损支架材料以及生物矿化等领域有很好的应用前景。 伤修复有效的方法。 近期,自组装多肽支架也成为很有应用前景的中枢 3.2静电纺丝支架 神经组织工程材料。美国MIT的 Zhang组开发的自组装 静电纺丝技术能制成亚微米或纳米超细纤维,生成多肽纳米纤维水凝胶 RADAI6-Ⅰ不仅能诱导海马神经元中国材料进展 第 @$ 卷 @I$I" 人工合成分子水凝胶 由于人工合成高分子具有易得% 价低% 易制备% 无 免疫源性等优点" 也常常用于神经损伤修复生物材料研 究" 在中枢神经修复领域已研究了多种合成高分子水 凝胶( 聚!甲基丙烯酸羟乙酯# !f+-J!"^FJ.,+hJ43OJ-A43O^ 2X,J-234#" \F<AB# 交联后有很好吸水性" 营养物质% 气体易于渗透" 还能容纳细胞( 将其制备为纵行管状结 构植入到大鼠脊髓损伤灶后" 观察到管内有轴突生长的 现象!图 =# *"$+ " 显示了其修复脊髓损伤的潜力( 图 = 用于脊髓修复的有纵向管道的 \F<AB水凝胶 a07I= Q\30X2-01274+>\F<AB8X2>>+-.8?03O XO2664-8>+,8\062-X+,. 聚*G^!"^羟基丙基# 甲 基 丙 烯 酰 胺+ ! f+-J* G^! "^ FJ.,+hJ\,+\J-# A43O2X,J-210.4+" \FfAB# 较 \F<AB生 物相容性好" 用 \FfAB水凝胶治疗猫脊髓横断损伤时 观察到胶质细胞% 血管和轴突都能长入到凝胶内" 可明 显减少胶质瘢痕形成" 减轻损伤远侧的髓鞘退变*""+ ( 用含 DVN短肽的 \FfAB水凝胶携带间充质干细胞移植 治疗脊髓损伤 ' 周后也成功桥接了脊髓缺损" 改善了部 分脊髓功能*"@+ ( 聚乙二醇!f+-J43OJ-464V-JX+-" f<V#是一种低毒性 高分子" 与 \F<AB和 \F<AB相比具有能够被生物降 解的优点" 可用作神经营养因子的载体( 可通过调节 f<V凝胶交联程度调控因子释放行为" 例如" 将其用于 神经营养因子!GC^@# 的缓释" 植入脊髓损伤灶后因子 能持续缓释 " 周" 大大促进了轴突的再生*"=+ ( 聚!乳酸 K羟基乙酸#共聚物!f+-J!E2X30X^5+^V-JX+-0X BX0.#" fEVB#是一种无毒性" 生物相容性良好" 可吸 收的高分子材料" 在生物体内能降解代谢" 性能优良" 因此被广泛用于药物缓释和组织工程修复材料( 有报道 显示" 将 fEVB制备为微球载体携带干细胞注入到大鼠 脑梗塞灶" 注入体可与脑组织整合" 可能成为促进脑损 伤修复有效的方法*"'+ ( #I" 静电纺丝支架 静电纺丝技术能制成亚微米或纳米超细纤维" 生成 的纤维支架与天然细胞外基质纳米结构相近" 有比表面 积大" 孔隙率高" 纤维直径和孔隙尺寸小等优点" 对组 织的再生与修复" 细胞的体外大规模扩增" 新型药物的 研发等都有重要的影响" 在中枢神经修复领域已有研究 和应用( @I"I$ 天然纤维支架 胶原% 层粘连蛋白% 壳聚糖是研究最广泛的用于静 电纺丝的天然分子( 有研究显示壳聚糖纳米纤维能支持 神经干细胞增殖" 并且长出大量的神经突起*"%+ ( 在体 内植入" 实验显示新生的神经和血管可沿壳聚糖纤维生 长*"L+ ( 并且" 在纤维内能携带药物进行释放" 如 %^氨 基烟酰胺" 可以有效抑制胶质细胞增生形成瘢痕" 促进 神经突起的生长" 对脑损伤修复会有所帮助*")+ ( @I"I" 合成纤维支架 利用静电纺丝技术制备的人工合成高分子纤维支架 有很多种" 并且已经广泛应用于各种组织修复研究" 在 中枢神经损伤中也有一定效果( 如聚乳酸!f+-J^E^E2X30X BX0." fEEB#纤维支架有助于引导背根节神经元生长" 建立纤维联系*"(+ " 在中枢神经损伤后对内源和外源移 植的神经细胞的引导和再生都有很大帮助*@#+ ( 将有取 向性的 fEEB纳米纤维支架移植到大鼠 @ 11胸髓全断 缺损区" 可以极大促进再生的轴突长距离生长*@$+ ( 另 外" 很多研究发现多种纳米纤维支架对神经干细胞都有 很好的支持和引导作用( 例如在聚氨基甲酸酯静电纺丝 支架上培养人胚胎干细胞! O<;5#" 细胞可以粘附在纤 维上生长" 并且这种纳米结构有利于诱导 O<;5分化为 多巴胺能神经元*@"+ ( 在其他研究中也有类似发现" 如 聚己丙酰胺!f5E#电纺丝支架也可以诱导小鼠胚胎干细 胞分化为神经细胞" 并且增加神经突起生长的数量*@@+ ( 这表明人工合成高分子静电纺丝支架在中枢神经修复方 面可能会有所突破( #I# 自组装多肽支架 自然界中广泛存在蛋白质自组装现象" 利用天然蛋 白质氨基酸序列 K多肽自组装设计生物仿生材料是近年 兴起的一个热门研究领域( 通过合理调控多肽的分子结 构以及改变外界的环境" 多肽分子可以利用氢键" 疏水 性作用% +K+堆积作用等非共价键力自发或触发地自 组装形成形态与结构特异的组装体( 由于多肽自身具有 良好的生物相容性和可控的降解性能" 利用多肽自组装 技术构建的各种功能性材料在药物控制释放" 组织工程 支架材料以及生物矿化等领域有很好的应用前景*@=+ ( 近期" 自组装多肽支架也成为很有应用前景的中枢 神经组织工程材料( 美国 A9C的 PO267组开发的自组装 多肽纳米纤维水凝胶 DBNB$%^9不仅能诱导海马神经元 $=