傅更洋,等组织工程化神经修复周国神经创伤的应用 Ctorwww.CRTeRorg 其分化及调控的分子机制知之甚少;其次,骨髓基质细胞可以大量制备,满足组织工程需要4。由于胚 干细胞体外转化为许旺细胞属于将中胚层细胞系转胎干细胞强大的分化能力,在体内过度增殖,将它在 化为外胚层细胞系,难度大,比率低,并且存在逆向体外预处理成神经祖细胞再将其移植至体内修复大 转化现象,要满足临床治疗,还需要建立规范的分离鼠坐骨神经缺损,明显促进神经再生,经细胞标记物 纯化和扩增技术:第三,体外处理的骨髓基质干细胞鉴定,其成功分化成许旺细胞‘。但目前有研究证 需要连续给予各种生物因子,尚存在性状不稳定,长实即使将很少量的幼稚胚胎干细胞移植至体内,即可 期存活困难的问题。因此,就目前的研究现状来看,形成畸胎瘤。且人胚胎干细胞来源存在伦理学争 组织工程化神经的种子细胞仍然存在许多难题,故目议,同时异种胚胎干细胞移植还需克服免疫排斥等问 前还没有一种人工神经能应用于临床3, 题,需要应用免疫抑制剂。 脂肪源性干细胞:脂肪源性干细胞最先从大鼠脂肪22生物材料模拟周围神经的自然结构,将种子细 组织基质血管中发现,而后从人吸脂的废弃脂肪组胞与生物材料构建成类似 Bungner带的结构,并起到 织中分离得到四。脂肪源性干细胞表现出多向分化潜细胞外基质替代物的作用,是周围神经组织工程的核 能,可以分化为软骨、骨、脂肪和肌肉组织6幻。脂心内容。作为支架材料必须具有良好的生物相容性、 肪源性干细胞也起源于中胚层,90%细胞表面标记物表面活性;有利于形成良好的血运;一定强度的三维 与骨髓基质干细胞相似,但它在体内含量大,更空间结构,避免瘢痕组织侵扰:一定大小的孔径和孔 易分离培养3。在特定的细胞培养基中,他们可以隙率:促进轴突再生的生物学活性。 分化成许旺样细胞,这些优势使得脂肪源性干细胞更 人工聚合材料:人工聚合材料在生产过程中通过共 适合应用于神经组织工程。 Kingham等最先应用神聚、交联技术改变相对分子质量及分子成分,可以改 经胶质细胞生长因子2、碱性成纤维细胞生长因子、变其降解时间及特性,故它可以广泛地应用于神经组 血小板源性生长因子和 forskolin共同作用,发现培养织工程。人工聚合材料包括脂肪多元脂类、水凝胶类、 的脂肪源性干细胞变为纺锤型态,外形与许旺细胞类导电聚合物类、聚偶磷氮类及压电聚合物类,见表1 似。通过测定,发现这些细胞表达GFAP,S100及p75 天然聚合材料:天然聚合材料包括胶原、小肠黏膜 等神经胶质细胞特征标记物,这提示,脂肪源性干细下层基质蛋白、丝纤蛋臼、琼脂糖、藻酸盐、壳聚糖 胞可以体外诱导分化为许旺样细胞。而后,许多研究纤维连接蛋白及纤维蛋白。与人工聚合材料相比,天 也表明,脂肪源性干细胞转化的许旺细胞可以表达神然材料具冇更好的生物相容性,故通常通过交联技木 经源性生长因子,生成有髓纤维,并且在周围神经损与人工聚合材料结合,或者作为中空神经导管的填充 伤的模型中,促进了轴突再生3。与骨髓基质干细物使用,见表1。 胞相同,从脂肪源性干细胞转化为许旺细胞的应用与 组织工程的实用性也存在争论。首先性状不稳定,转 化细胞移植于体内存活时间不定。其次转化部分需要 表1常见人工聚合材料及天然聚合材料及FDA上市产品 大量序贯的生物因子,并非生理性的许旺细胞替代。 分类 代表材料 上市产品 因此维持脂肪源性干细胞的稳定性及长期体内追踪 是将来研究的方向。应用脂肪源性干细胞作为种子细人工聚合脂多元脂 PLA, PGA, PLGA, PLCL Neurotube 胞构建周围神经尚需要大量的实验来验证 PEG, pHEMA, pHEMA-MMA, SalubridgeTM 神经干细胞:神经干细胞具有分化为神经元与神 SalutunnelTm 经胶质细胞的潜能,故其也被应用于周围神经再生动 导电聚合物PPy,PcLF, PCLF-PPy 聚偶磷氮 GEE. PAP 物模型。 Murakamiⅰ等将神经干细胞放置于硅胶 压电聚合物PVDF 管内修复神经缺损,发现可以促进神经轴突再生。 天然聚合胶原 型胶原 Neura Gen°, Neuroflex Tm Heine等η在慢性神经横断模型中,用神经干细胞移 植修复同样促进神经再生。但是也有研究证明体外将 未分化神经干细胞注入导管后移植修复神经离断伤, 小肠黏膜下层 AxoGuard TM 并未取得预期的结果839。同时,未分化神经干细胞 基质蛋白 移植引起的神经肿瘤也应引起重视饷,临床上移植异 源性神经干细胞导致肿瘤形成也有报道141。 导电性纳米碳管:导电性纳米碳管具有典型的层状 胚胎干细胞:胚胎干细胞是一种高度未分化的全中空结构,是由管状纳米级石墨构成的生物材料。根 能细胞,具有极强的增殖与分化能力,加入诱导因子据圈曲石墨的层数分为单壁导电性纳米碳管 后能分化为体内任何一种细胞。胚胎干细胞作为种子( (single- walled CNT, SWNTS)与多壁导电性纳米碳管 /SSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH 7337 o1994-2013ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net傅重洋，等. 组织工程化神经修复周围神经创伤的应用 ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH 7337 www.CRTER.org 其分化及调控的分子机制知之甚少；其次，骨髓基质 干细胞体外转化为许旺细胞属于将中胚层细胞系转 化为外胚层细胞系，难度大，比率低，并且存在逆向 转化现象，要满足临床治疗，还需要建立规范的分离 纯化和扩增技术；第三，体外处理的骨髓基质干细胞 需要连续给予各种生物因子，尚存在性状不稳定，长 期存活困难的问题。因此，就目前的研究现状来看， 组织工程化神经的种子细胞仍然存在许多难题，故目 前还没有一种人工神经能应用于临床[23]。 脂肪源性干细胞：脂肪源性干细胞最先从大鼠脂肪 组织基质血管中发现[24]，而后从人吸脂的废弃脂肪组 织中分离得到[25]。脂肪源性干细胞表现出多向分化潜 能，可以分化为软骨、骨、脂肪和肌肉组织[26-27]。脂 肪源性干细胞也起源于中胚层，90%细胞表面标记物 与骨髓基质干细胞相似[27-28]，但它在体内含量大，更 易分离培养[29-30]。在特定的细胞培养基中，他们可以 分化成许旺样细胞，这些优势使得脂肪源性干细胞更 适合应用于神经组织工程。Kingham等[31]最先应用神 经胶质细胞生长因子2、碱性成纤维细胞生长因子、 血小板源性生长因子和forskolin共同作用，发现培养 的脂肪源性干细胞变为纺锤型态，外形与许旺细胞类 似。通过测定，发现这些细胞表达GFAP，S100及p75 等神经胶质细胞特征标记物，这提示，脂肪源性干细 胞可以体外诱导分化为许旺样细胞。而后，许多研究 也表明，脂肪源性干细胞转化的许旺细胞可以表达神 经源性生长因子，生成有髓纤维，并且在周围神经损 伤的模型中，促进了轴突再生[32-34]。与骨髓基质干细 胞相同，从脂肪源性干细胞转化为许旺细胞的应用与 组织工程的实用性也存在争论。首先性状不稳定，转 化细胞移植于体内存活时间不定。其次转化部分需要 大量序贯的生物因子，并非生理性的许旺细胞替代。 因此维持脂肪源性干细胞的稳定性及长期体内追踪 是将来研究的方向。应用脂肪源性干细胞作为种子细 胞构建周围神经尚需要大量的实验来验证。 神经干细胞：神经干细胞具有分化为神经元与神 经胶质细胞的潜能，故其也被应用于周围神经再生动 物模型[35]。Murakami 等[36]将神经干细胞放置于硅胶 管内修复神经缺损，发现可以促进神经轴突再生。 Heine等[37]在慢性神经横断模型中，用神经干细胞移 植修复同样促进神经再生。但是也有研究证明体外将 未分化神经干细胞注入导管后移植修复神经离断伤， 并未取得预期的结果[38-39]。同时，未分化神经干细胞 移植引起的神经肿瘤也应引起重视[40]，临床上移植异 源性神经干细胞导致肿瘤形成也有报道[41]。 胚胎干细胞：胚胎干细胞是一种高度未分化的全 能细胞，具有极强的增殖与分化能力，加入诱导因子 后能分化为体内任何一种细胞。胚胎干细胞作为种子 细胞可以大量制备，满足组织工程需要[42-43]。由于胚 胎干细胞强大的分化能力，在体内过度增殖，将它在 体外预处理成神经祖细胞再将其移植至体内修复大 鼠坐骨神经缺损，明显促进神经再生，经细胞标记物 鉴定，其成功分化成许旺细胞[44-45]。但目前有研究证 实即使将很少量的幼稚胚胎干细胞移植至体内，即可 形成畸胎瘤[46]。且人胚胎干细胞来源存在伦理学争 议，同时异种胚胎干细胞移植还需克服免疫排斥等问 题，需要应用免疫抑制剂。 2.2 生物材料 模拟周围神经的自然结构，将种子细 胞与生物材料构建成类似Bungner带的结构，并起到 细胞外基质替代物的作用，是周围神经组织工程的核 心内容。作为支架材料必须具有良好的生物相容性、 表面活性；有利于形成良好的血运；一定强度的三维 空间结构，避免瘢痕组织侵扰；一定大小的孔径和孔 隙率；促进轴突再生的生物学活性。 人工聚合材料：人工聚合材料在生产过程中通过共 聚、交联技术改变相对分子质量及分子成分，可以改 变其降解时间及特性，故它可以广泛地应用于神经组 织工程。人工聚合材料包括脂肪多元脂类、水凝胶类、 导电聚合物类、聚偶磷氮类及压电聚合物类，见表1。 天然聚合材料：天然聚合材料包括胶原、小肠黏膜 下层基质蛋白、丝纤蛋白、琼脂糖、藻酸盐、壳聚糖、 纤维连接蛋白及纤维蛋白。与人工聚合材料相比，天 然材料具有更好的生物相容性，故通常通过交联技术 与人工聚合材料结合，或者作为中空神经导管的填充 物使用，见表1。 导电性纳米碳管：导电性纳米碳管具有典型的层状 中空结构，是由管状纳米级石墨构成的生物材料。根 据圈曲石墨的层数分为单壁导电性纳米碳管 (single-walled CNT, SWNTs)与多壁导电性纳米碳管 表 1 常见人工聚合材料及天然聚合材料及 FDA 上市产品[47] 分类 代表材料 上市产品 脂肪多元脂 PLA, PGA, PLGA, PLCL Neurotube® , Neurolac® 水凝胶 PEG, pHEMA, pHEMA-MMA, PVA Salubridge™, Salutunnel™ 导电聚合物 PPy[16], PCLF, PCLF-PPy 聚偶磷氮 GEE, PAP 人工聚合 材料 压电聚合物 PVDF 胶原 Ⅰ型胶原 NeuraGen® , Neuroflex™, NeuroMatrix™, NeuroWrap™, NeuroMend™ 天然聚合 材料 小肠黏膜下层 基质蛋白 AxoGuard™