周围神经损伤修复技术应用及组织工程技术的研究进展

张振辉，陈旭义，李晓寅，杨晓青，徐云强

(1天津医科大学，天津300070;2天津医科大学总医院;3武警后勤学院附属脑科医院)

据统计，全世界每年约一百多万人发生周围神经损害，多由严重创伤、肿瘤切除、先天性畸形等原因所致，周围神经缺损的修复与重建仍是当前临床神经领域的一大难题［1］。现就周围神经损伤修复技术应用及组织工程研究进展综述如下。

1 周围神经损伤修复技术应用

1.1 显微外科修复技术

1.1.1 端端吻合法 主要包括神经外膜缝合法和束膜缝合法两种。①外膜缝合法:只缝合神经外膜，操作相对简单，对神经干的内部结构也无影响。但神经功能束间的对位较差，进而会影响到神经轴突的再生速度;②束膜缝合法:可实现神经功能束间的准确对位，也更符合人体局部神经解剖分布。但在神经功能束对位前必须明确判定神经功能束的类型，区分运动神经、感觉神经及混合神经。

1.1.2 端侧吻合法 此法是将损伤神经的远侧断端缝合在健康神经干侧方，以使损伤神经功能得到一定恢复。此法的应用目前还存在争议。胡孔和等［2］于游离小腿皮瓣后，以端侧吻合法吻合神经断端，结果显示皮瓣的保护性感觉和植物神经感觉功能得到不同程度的恢复。但多数学者认为端侧吻合法的临床效果远不如端端吻合法，一般只有在神经大段缺损、无神经移植条件的情况下才考虑应用。

1.1.3 侧侧吻合法 此为修先伦等［3］设计出的一种缝合方法，术后发现供体神经干有侧芽长出，且再生轴突可以通过吻合口长入损伤神经干，其再生效果类似于自体神经移植，但其作用机制目前尚不清楚。

1.2 神经移植术

1.2.1 自体神经移植术 小段神经缺损可行断端无张力缝合，但对于较大范围的神经缺损自体神经移植仍是目前临床治疗的首选方法。对于长段或粗大神经缺损，因神经移植体来源有限，自体神经移植还无法满足临床需要，且易发生供体区神经瘤形成及运动、感觉功能障碍等并发症，最终造成新的神经损伤。

1.2.2 同种异体/异种神经移植术 该方法具有神经移植体来源充足、各种类型神经段都易获得、较少产生副损伤等优点。此类神经移植术成功的关键在于如何抑制免疫排斥反应。

2 组织工程技术

组织工程化神经是运用组织工程学的基本原理和方法，根据人体神经再生的生物学特性，把有活性的种子细胞和具有良好生物相容性的支架材料相结合而形成的具有特定空间结构、一定生物活性的复合体。这种复合体可桥接于神经断端，支持和引导神经再生，从而对缺损神经进行形态、结构及功能上的重建并达到永久替代的目的。组织工程化神经的核心是建立种子细胞与支架材料的三维空间复合体，即形成有生命力的活体组织。这一技术为修复周围神经损伤提供了广阔的治疗前景。它具有4个基本要素:种子细胞、支架材料、神经营养因子及细胞外基质。

2.1 种子细胞 种子细胞的选择和引入在组织工程中非常关键。因此，所选种子细胞应同时具有分裂能力强、增殖速度快、细胞功能旺盛等特征。常用的种子细胞有神经干细胞(NSCs)、雪旺细胞(SCs)、脂肪干细胞(ADSCs)、骨髓间充质干细胞(MSCs)、嗅鞘细胞等。①NSCs:近年来，随着对NSCs研究的深入，将其作为组织工程种子细胞的研究正日益受到重视。研究［4］表明，NSCs不仅能够自我分裂增殖，且可在外界环境因素作用下分化成神经细胞和神经胶质细胞。同时，它还具有来源充足、取材方便、易分离培养、体外增殖能力强等优点。临床上，NSCs通常取材于患者自身，可较好地避免免疫排斥问题。②SCs:SCs是周围神经的鞘细胞，在周围神经再生过程中起至关重要的作用，广泛存在于周围神经系统。其可分泌20多种蛋白质，包括很多神经营养因子(NTFs)，如神经生长因子(NGF)、脑源性神经营养因子(BDNF)、成纤维细胞生长因子(FGF)等，同时还产生细胞外基质和细胞黏附因子，对促进周围神经再生和修复起重要作用;能自我增殖形成Bugner带，支持和引导运动神经元轴突生长［5］。用SCs作为组织工程化神经的种子细胞由来已久，其优点是符合生理、通过自体激活后具有良好的生物活性和生长状态;不足之处为分离培养相对困难、生长缓慢、易老化，可丧失分泌基质的功能。③ADSCs:近几年，ADSCs逐渐被人们发现并迅速进入种子细胞研究领域。因具有体内分布广、易于取材及利于重塑患者体形等优点，逐渐成为新的种子细胞研究热点。2001年，Zuk等［6］从脂肪抽吸物中成功分离培养出具有骨、软骨、肌肉、脂肪等多向分化潜能的细胞;Gronthos等进一步证实脂肪来源的细胞中确实存在具有间充质干细胞特征的细胞。近年来，诸多研究［7］证实ADSCs具有成骨、成软骨、成脂等多向分化潜能。但目前ADSCs向各种细胞的诱导分化率还不够令人满意，仍缺乏高效诱导方法。2.2 支架材料 支架材料必须具有良好的生物相容性、合适的导管孔特征、与神经再生匹配的降解速度、一定的力学强度和可塑性等特征。这样的支架材料才更有利于再生神经轴突的长入和种子细胞的附着生长，以便更好地桥接损伤神经。支架材料按来源可分为天然和人工合成两类。①天然材料:主要来源于生物体的静脉、动脉、肌肉、羊膜等，其优点为生物安全性高、组织相容性好、亲水性及细胞亲和力较高。自体静脉曾作为支架材料用于临床，其取材方便，但缺乏促进神经再生的活性因子，且静脉壁易塌陷而阻碍再生轴突向断端生长，修复效果不够理想。②人工合成材料:包括不可降解材料和可降解材料两种。前者包括硅胶管、聚羟基乙酸管、聚酯纤维等，其中硅胶管以取材方便、不塌陷等优点一度成为研究热点。但动物实验表明，不可降解材料只可修复小距离(＜10 mm)的神经缺损，同时也只能达到部分形态上的连接，很难恢复神经的运动感觉功能，并存在不可降解、神经卡压现象及需二次手术取出等缺点。可降解支架材料具有适宜的降解性、良好的生物相容性等优点。用于制备组织工程神经支架的聚合物材料主要有胶原、丝素、壳聚糖、聚丙交酯—乙交酯共聚物等［8］，其中丝素蛋白是一种含有人体必需氨基酸的天然蛋白质。在胶原内加入少量丝素蛋白，可改善其在干态下的机械物理性能，在提高膜的力学性能同时改善膜的抗水性能。在生物降解性能角度，丝素蛋白缓慢的降解速度可为细胞提供持久的支持，以匹配神经细胞的生长速度;丝素蛋白与神经组织细胞具有良好的生物相容性;根据仿生学原理制备的丝素蛋白人工神经移植物对大鼠坐骨神经缺损具有良好的桥接修复作用［9］。因此，胶原/丝素蛋白有望成为修复周围神经损伤的理想组织工程支架材料。

2.3 细胞外基质 细胞外基质包括多种黏附分子，如层粘连蛋白、纤连蛋白、免疫球蛋白和胶原等，是种子细胞赖以生存和维持细胞生物学特征的基础。在周围神经损伤后，SCs可分泌多种细胞外基质和细胞黏附分子，从而为神经再生创造良好的生物学微环境。Chen发现，在硅胶管中填充层粘连蛋白、纤连蛋白和胶原组成的胶状物后，以适宜浓度修复兔神经损伤的效果明显优于不填充基质的硅胶管，证实细胞外基质在神经修复中具有促进作用。

2.4 NTFs NTFs是一类对中枢和周围神经都能发挥作用的营养物质，由不同的细胞产生并具有多种生物学效应。在高代谢情况下，其合成增加、生物活性也提高［10］。NTFs主要包括NGF、BDNF、神经营养素-3(NT-3)、FGF等。其在营养神经的同时还可促进轴突生长;在调节神经细胞存活、凋亡和促进其生长发育、分化过程中也起重要作用［11］。但NTFs的半衰期很短，如何保证其在神经导管中持久稳定地释放依然是组织工程需要解决的难题。

总之，选择合适的种子细胞是构建理想组织工程化神经的关键及首要问题;其次，应制备同时具有孔隙率、降解性、生物相容性适宜的支架材料;最后，如何实现种子细胞、支架材料、细胞外基质、NTFs的最佳结合需要作进一步研究［12］。

3 其他

基因治疗是应用基因工程和细胞生物学技术，将正常基因导入患者体内以改善机体蛋白质缺乏或抑制体内某些基因过度表达，从而达到促使损伤神经再生的目的。在基因治疗周围神经损伤过程中，通常以NTFs为目的基因片段、以腺病毒为载体、以SCs为靶细胞神经元。常用的载体系统是腺病毒载体系统(AV)和腺病毒相关载体系统(AAV)［13］。基因转染方式主要包括两种:①活体直接转移:将携带目的基因的病毒、脂质体或裸露DNA直接注射到患者体内。②回体转移:取出受体细胞、在体外培养并导入目的基因，将基因修饰后的细胞重新输回受体内。基因治疗目前仍处于初期实验阶段，将来有望为神经损伤提供一个新的治疗途径。其他治疗方法包括中西医药、运动、神经肌肉电刺激法等，可获得一定疗效，但作用机理不尚明确，需更多的循证医学证据。

总之，由于周围神经损伤的复杂性和特殊性，目前临床上对于周围神经修复技术的选择尚未达成共识。组织工程化神经的兴起拓宽了治疗周围神经损伤的视野，提供了一个新的治疗思路。今后，应在现有外科修复技术上，更加专注于组织工程、基因工程的研究，努力寻求一种更加高效合理的治疗方法。

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