材料學(xué)院尹斕課題組合作實(shí)現(xiàn)新型可降解自供電神經(jīng)修復(fù)導(dǎo)管
2020年12月16日獲悉，清華大學(xué)材料學(xué)院副教授尹斕與解放軍總醫(yī)院骨研所的學(xué)者合作發(fā)布了關(guān)于外周神經(jīng)修復(fù)的最新成果——一種新型完全降解的自供電神經(jīng)修復(fù)導(dǎo)管。長(zhǎng)截段外周神經(jīng)缺損的修復(fù)是再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重大難題，即使通過目前最先進(jìn)的顯微手術(shù)進(jìn)行修復(fù)，即采用自體神經(jīng)移植移植，也無法使人體的運(yùn)動(dòng)和感覺功能完全恢復(fù)，同時(shí)還會(huì)增加供體神經(jīng)支配區(qū)的發(fā)病率。已經(jīng)有研究表明電刺激對(duì)神經(jīng)再生有促進(jìn)作用，但是目前還沒有有效的手段將電刺激裝置精準(zhǔn)的應(yīng)用于神經(jīng)截?cái)嗖课唬⑶也划a(chǎn)生附帶損傷。尹斕課題組成功制備了一種新型完全可降解的自供電微型神經(jīng)導(dǎo)管，該神經(jīng)導(dǎo)管不僅其結(jié)構(gòu)可以引導(dǎo)神經(jīng)再生，而且可以對(duì)神經(jīng)截?cái)嗖课贿M(jìn)行精準(zhǔn)的電刺激，并且在神經(jīng)修復(fù)結(jié)束后可自發(fā)降解，無需二次手術(shù)取出。
圖1.完全可降解的自供電神經(jīng)修復(fù)導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)，功能以及應(yīng)用部位的示意圖
該自供電神經(jīng)修復(fù)導(dǎo)管由可降解原電池與人工導(dǎo)管復(fù)合而成，可提供結(jié)構(gòu)及電場(chǎng)雙重誘導(dǎo)作用。神經(jīng)導(dǎo)管最外層為多孔PCL，提供力學(xué)支撐，第二層為與神經(jīng)組織力學(xué)性能相匹配的柔性PLLA-PTMC材料，最內(nèi)層為電紡PCL纖維薄膜。該電活性導(dǎo)管可在大鼠體內(nèi)提供大約3天的持續(xù)電場(chǎng)，促進(jìn)外周神經(jīng)的再生。
圖2.完全可降解的自供電神經(jīng)修復(fù)導(dǎo)管結(jié)構(gòu)、電性能表征
為進(jìn)一步驗(yàn)證該導(dǎo)管的實(shí)際作用，進(jìn)行了詳細(xì)的體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)，以及大鼠體內(nèi)實(shí)驗(yàn)。在體外與體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，該神經(jīng)導(dǎo)管均可以自發(fā)地形成穩(wěn)定的電場(chǎng)環(huán)境。在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，電刺激可以顯著促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞的生長(zhǎng)，提高神經(jīng)細(xì)胞的鈣離子活性，加速雪旺細(xì)胞的增殖以及促進(jìn)多種神經(jīng)營養(yǎng)因子的分泌。在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，該自供電神經(jīng)導(dǎo)管的電刺激作用顯著促進(jìn)了外周神經(jīng)組織的修復(fù)以及運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)。該導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及材料的選擇為自供電的組織支架的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)新的思路，未來可通過對(duì)導(dǎo)管結(jié)構(gòu)以及材料的改進(jìn)，來應(yīng)對(duì)不同的組織損傷的修復(fù)。
圖3.自供電導(dǎo)管與無電場(chǎng)導(dǎo)管植入12周后的修復(fù)效果對(duì)比圖
以這項(xiàng)工作為基礎(chǔ)，尹斕課題組于2020年12月11日在《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）在線發(fā)表了題為“一種完全可降解的自供電神經(jīng)再生醫(yī)學(xué)電子器件”（A fully biodegradable and self-electrified device for neuroregenerative medicine）的研究論文。
清華大學(xué)材料學(xué)院尹斕副教授，解放軍總醫(yī)院骨研所副主任彭江和副研究員王玉為共同通訊作者，課題組博士后王柳，解放軍總醫(yī)院博士生魯長(zhǎng)風(fēng)，清華大學(xué)材料學(xué)院2017級(jí)博士生楊淑慧，2018級(jí)博士生孫鵬程為本文的共同第一作者。清華大學(xué)材料學(xué)院王秀梅教授、陳浩副教授，電子系盛興副教授，生命學(xué)院熊巍研究員，北京理工大學(xué)汪世溶副研究員為本研究提供了重要幫助。本工作的開展獲得了國家自然科學(xué)基金、中國博士后科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目等基金項(xiàng)目的支持。
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