延安大学：《组织学与胚胎学 Histology and embryology》课程教学资源（参考文献）组织工程化神经修复周围神经创伤的应用

中国组织工程研究第们7卷第41朝2013-10-08出版 Chinese Joumal of Tissue Engineering Research October 8, 2013 Vol 17, No 41 Cterwww.crter.OrG doi:10.3969/.issn.2095-4344.2013.41.023/http.//www.crter.org 傅重洋,赵佳,曲巍组织工程化神经修复周固神经创伤的应用中国组织工程研究,2013,1741)73357340 组织工程化神经修复周围神经创伤的应用☆ 傅重洋',赵佳2,曲巍(大连医科大学附属第一医院手显微外科,辽宁省大连市116011:2大连市第六人民医院CU病房 辽宁省大连市116031) 文章亮点 1此问题的已知信息:组织工程方法修复周围神经损伤已受到广泛关注,逐渐成为组织工程研究的焦点 重洋☆,男,1975年生 2文章增加的新信息:文章分类介绍了组织工程的3要素,又分别系统分析了各要素在周围神经损伤修复 省营口市人,汉族 方面的研究现状与进展 005年华中科技大学 3临床应用的意义:加快神经组织工程方面的应用研究,是促进组织工程从实验向临床转化的跨越。 济医学院毕业,博士,副 关键词 组织构建:组织构建综述:周围神经:神经损伤:干细胞:许旺细胞:间充顾干细胞:脂肪干细胞神经千觉手种经横伤与秀生的听 fuchongyang@ 主题词 hotmail. com 周围神经:神经损伤:干细胞:许旺细胞:生物相容性材料 中图分类号R318 文献标识码 文章编号:20954344 背景:近年来,随着生物工程技术以及组织工程化神经的发展给周围神经缺损的治疗带来了新的希望,已逐 (201341-0733506 渐成为研究的焦点 收槁日期:201307-05 目的:从种子细胞、生物材料以及构建周围神经组织技术3个方面综述组织工程方法修复周围神经损伤的新修曰目期:2013-08-23 进展。 (201307021M·W 方法:由第一作者在2013年7月应用计算机检索 PubMed数据库及CNK数据库,英文关键词为“ tissue engineering, peripheral nerves, nerve injuries, stem cells, schwann cells, scaffold, growth factor 中文关键词为“组织工程,周围神经,神经损伤,干细胞,许旺细胞,支架,生长因子”。选择内容与神经 组织工程、周围神经损伤修复相关的文章,同一领域文献则选择近期发表或发表在权威杂志文章,共纳入63 篇文献 结果与结论:现阶段组织工程方法修复周围神经损伤的研究虽已取得很大进展,但大多停留于实验探索阶段。 将组织工程神经应用于临床尚存下列问题亟待解决:①种子细胞来源及伦理。②细胞扩增后移植的免疫排斥 ③移植细胞稳定性问题及致瘤性。④神经支架材料的降解速度、最佳孔隙率、导管厚度、形状等。⑤体外神 经构建后移植修复时机。⑥各种神经生物因子的局部释放与调控等等。随着科技的发展,期待上述问题的解 决,从而使得众多临床神经损伤患者受益。 Tissue-engineered nerve for repair of peripheral nerve injuries Fu Chong-yang, Zhao Jia, Qu Wei(Department of Hand Surgery and Microsurgery, First Afiliated Hospital of Dalian Medical University, Dalian 116011, Liaoning Province, China; ICU, Sixth Peoples Hospital of Dalian, Dalian 116031, Liaoning Province, China) BACKGROUND: Recent development of bioengineering technology and tissue-engineered nerve brings a new hope for the treatment of peripheral nerve injuries, which has gradually become a research spot. OBJECTIVE: To review the new progress in the repair of peripheral nerve injuries using seed cells, biomaterials and tissue-engineered nerve construction technology METHODS: PubMed and CNKI were searched by the first authors for articles concerning nerve tissue Fu Chong-yang☆,MD. ngineering and repair of peripheral nerve injuries published prior to July 2013. The keywords were tissue Associate chief physician. engineering, peripheral nerves, nerve injuries, stem cells, Schwann cells, scaffold, growth factor"in English and Associate professor. Chinese, respectively. The articles published recently or in the authorized journals were preferred in the same and Microsurgery field. Finally, 63 articles were included in result analysis filiated Hospital of Dalian ESULTS AND CONCLUSION: Up to now, there is a gre ance in the tissue engineering technology for the Medical University, Dalian repair of peripheral nerve injuries. However, most studies are still in experimental step. For the clinical application 16011, Liaoning Province, of nerve tissue engineering, some problems to be solved include: (1)source and ethics of seed cells; (2) immunological rejection following cell proliferation and transplantation; ( 3) stability and oncogenicity of fuchongyangghotmail.com transplanted cells; (4)degradation rate, optimal porosity, tube thickness and shape; (5) iming for in vitro sue-engineered nerve construction; (6)local release and regulation of various neurobiological factors. With the Received: 2013507-0 development of science, many patients with nerve injuries can profit from the solve of these problems Accepted: 2013-08-23 /SSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH 7335 o1994-2013ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net

中国组织工程研究 第 17 卷 第 41 期 2013–10–08 出版 Chinese Journal of Tissue Engineering Research October 8, 2013 Vol.17, No.41 doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2013.41.023 [http://www.crter.org] 傅重洋，赵佳，曲巍. 组织工程化神经修复周围神经创伤的应用[J].中国组织工程研究，2013，17(41):7335-7340. ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH 7335 www.CRTER.org 傅重洋☆，男，1975 年生， 辽宁省营口市人，汉族， 2005 年华中科技大学同 济医学院毕业，博士，副 主任医师，副教授，主要 从事神经损伤与再生的研 究。 fuchongyang@ hotmail.com 中图分类号:R318 文献标识码:A 文章编号:2095-4344 (2013)41-07335-06 收稿日期：2013-07-05 修回日期：2013-08-23 (201307021/M·W) Fu Chong-yang☆, M.D., Associate chief physician, Associate professor, Department of Hand Surgery and Microsurgery, First Affiliated Hospital of Dalian Medical University, Dalian 116011, Liaoning Province, China fuchongyang@hotmail.com Received: 2013-07-05 Accepted: 2013-08-23 组织工程化神经修复周围神经创伤的应用☆ 傅重洋 1 ，赵 佳 2 ，曲 巍 1 (1大连医科大学附属第一医院手显微外科，辽宁省大连市 116011；2大连市第六人民医院 ICU 病房， 辽宁省大连市 116031) 文章亮点： 1 此问题的已知信息：组织工程方法修复周围神经损伤已受到广泛关注，逐渐成为组织工程研究的焦点。 2 文章增加的新信息：文章分类介绍了组织工程的 3 要素，又分别系统分析了各要素在周围神经损伤修复 方面的研究现状与进展。 3 临床应用的意义：加快神经组织工程方面的应用研究，是促进组织工程从实验向临床转化的跨越。 关键词： 组织构建；组织构建综述；周围神经；神经损伤；干细胞；许旺细胞；间充质干细胞；脂肪干细胞；神经干 细胞；胚胎干细胞；支架；生长因子 主题词： 周围神经；神经损伤；干细胞；许旺细胞；生物相容性材料 摘要 背景：近年来，随着生物工程技术以及组织工程化神经的发展给周围神经缺损的治疗带来了新的希望，已逐 渐成为研究的焦点。 目的：从种子细胞、生物材料以及构建周围神经组织技术 3 个方面综述组织工程方法修复周围神经损伤的新 进展。 方法：由第一作者在 2013 年 7 月应用计算机检索 PubMed 数据库及 CNKI 数据库，英文关键词为“tissue engineering，peripheral nerves，nerve injuries，stem cells，schwann cells，scaffold，growth factor”， 中文关键词为“组织工程，周围神经，神经损伤，干细胞，许旺细胞，支架，生长因子”。选择内容与神经 组织工程、周围神经损伤修复相关的文章，同一领域文献则选择近期发表或发表在权威杂志文章，共纳入 63 篇文献。 结果与结论：现阶段组织工程方法修复周围神经损伤的研究虽已取得很大进展，但大多停留于实验探索阶段。 将组织工程神经应用于临床尚存下列问题亟待解决：①种子细胞来源及伦理。②细胞扩增后移植的免疫排斥。 ③移植细胞稳定性问题及致瘤性。④神经支架材料的降解速度、最佳孔隙率、导管厚度、形状等。⑤体外神 经构建后移植修复时机。⑥各种神经生物因子的局部释放与调控等等。随着科技的发展，期待上述问题的解 决，从而使得众多临床神经损伤患者受益。 Tissue-engineered nerve for repair of peripheral nerve injuries Fu Chong-yang1 , Zhao Jia2 , Qu Wei1 (1 Department of Hand Surgery and Microsurgery, First Affiliated Hospital of Dalian Medical University, Dalian 116011, Liaoning Province, China; 2 ICU, Sixth People’s Hospital of Dalian, Dalian 116031, Liaoning Province, China) Abstract BACKGROUND: Recent development of bioengineering technology and tissue-engineered nerve brings a new hope for the treatment of peripheral nerve injuries, which has gradually become a research spot. OBJECTIVE: To review the new progress in the repair of peripheral nerve injuries using seed cells, biomaterials and tissue-engineered nerve construction technology. METHODS: PubMed and CNKI were searched by the first authors for articles concerning nerve tissue engineering and repair of peripheral nerve injuries published prior to July 2013. The keywords were “tissue engineering, peripheral nerves, nerve injuries, stem cells, Schwann cells, scaffold, growth factor” in English and Chinese, respectively. The articles published recently or in the authorized journals were preferred in the same field. Finally, 63 articles were included in result analysis. RESULTS AND CONCLUSION: Up to now, there is a great advance in the tissue engineering technology for the repair of peripheral nerve injuries. However, most studies are still in experimental step. For the clinical application of nerve tissue engineering, some problems to be solved include: (1) source and ethics of seed cells; (2) immunological rejection following cell proliferation and transplantation; (3) stability and oncogenicity of transplanted cells; (4) degradation rate, optimal porosity, tube thickness and shape; (5) repair timing for in vitro tissue-engineered nerve construction; (6) local release and regulation of various neurobiological factors. With the development of science, many patients with nerve injuries can profit from the solve of these problems

傅更洋,等组织工程化神经修复周国神经创伤的应用 元www.crter.OrG Subject headings: peripheral nerves; nerve injuries; stem cells; Schwann cells; biocompatible materials Fu CY, Zhao J, Qu W. Tissue-engineered nerve for repair of peripheral nerve injuries. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu.2013:1741):7335-7340 1.2入选标准 0引言 ntroduction 纳入标准:①选择内容与神经组织工程、神经损 伤修复相关的文章。②同一领域选择近期发表或在权 周围神经创伤以及肿瘤切除常导致无法直接吻威杂志上发表的文章。 合的神经缺损。由于缺损段神经间缺乏必需的神经营 排除标准:重复研究或Meta分析类文章。 养素,纤维瘢痕的充填阻隔,以及再生轴突的无序生1.3资料提取与文献质量评价计算机初检得到450 长,最终会导致神经断端形成神经瘤。临床上,自体篇文献,经阅读标题和摘要后进行初筛,根据文章主 神经移植能部分弥补这一缺陷,仍是修复周围神经缺题、硏究内容相关度及内容重复的硏究进行排除,排 损的金标准,但自体神经来源有限,且可供移植神除后筛选纳λ63篇文献进行评价。所有选用的文献均 经均为皮神经,直径细小,不能满足临床神经移植的为相关性较强,并具有代表性和权威性,能及时准确 要求,还存在供体部位切口瘢痕,供体神经功能的丧反映和报道组织工程方法修复神经损伤的新进展。 失及可能发生痛性神经瘤等一系列后遗症。此问题在 大段神经缺损中尤甚。同种异体神经移植尚需要全身2结果 Results 应用免疫抑制剂,这会降低机体免疫力,产生巨大的 不良反应阳。 2.1种子细胞由于种子细胞具有促进和引导轴突 近年来,随着生物工程技术以及组织工程化神经再生的功能,因此对种子细胞的深入研究成为组织工 的发展给周围神经缺损的治疗带来了新的希望,已逐程化周围神经是否能够成功的关键一环。 渐成为研究的焦点。组织工程化周围神经就是将“细 许旺细胞:许旺细胞作为神经干内主要的非神经 胞-生物材料”复合物植入神经损伤处,细胞在生物元活性细胞,是损伤神经远端惟一分裂、增殖并对轴 材料逐渐被机体吸收降解过程中促进、引导轴突再生突再生有重要作用的细胞,具有神经营养、趋化和使 形成新的具有形态和功能的周围神经组织,达到修复神经再生纤维成熟的重要功能,是周围神经组织工程 创伤和重建功能的目的 的核心。许旺细胞的分离、培养、纯化、传代均已取 构建组织工程化周围神经包括3个内容:种子细得可喜的成就, Gansmuller等围已培养出MSC80永 胞、生物材料以及枃建周围神经组织的技术。本文就生化许旺细胞系。目前,种植有许旺细胞的人工神经 将3方面的应用研究做一综述。 修复周围神经缺损已在多个实验室取得成功6,因 此,许旺细胞作为种子细胞在人工神经中的核心地位 1资料和方法 Data and methods 已形成共识。但自体外周许旺细胞为终末期细胞 夺在增殖能力差,体外分离、培养困难和活性下降, 1.1资料来源 来源缺乏,需追加一次手术取材等缺点,限制了临床 检索人:第一作者。 的推广使用;而异体许旺细胞移植会被受体组织强 检索时间:2013年7月。 烈排斥,在体内难以存活。如何从个体化治疗向 检索数据库: PubMed数据库,网址 规模化治疗迈进并实现组织工程技术的产业化,这就 htp!/www.ncbi.nim.nihgov/pubmed/;CNK数据库,为种子细胞研究提出了新的挑战。 网址http://www.cnki.net/ 骨髓基质干细胞:骨髓基质干细胞是具有多向分化 检索词:英文关键词为“ tissue engi 潜能的组织工程前体细胞。骨髓基质干细胞已经证实 peripheral nerves, nerve InJures, stem cells,可以分化为汗腺、心肌1、上皮倒、胶质细胞及 schwann cells, mesenchymal stem cells, adipose神经元细胞141。近年来,也有将骨髓基质干细胞在 stem cells, neural stem ce‖s, embryonic stem cells,体外、体内诱导分化为许旺样细胞的报道。Toh等 scaffold, growth factor”,中文关键词为“组织工程,最先成功将骨髓基质干细胞培养分化为许旺细胞放 周围神经,神经损伤,干细胞,许旺细胞,间充质干入导管移植修复神经缺损。随后,一系列硏究均报道 细胞,脂肪干细胞,神经干细胞,胚胎千细胞,支架,将骨髓基质干细胞分化为许旺细胞作为种子细胞植 生长因子 入,取得成效182但对于骨髓基质干细胞分化的许 语言种类:英文及中文 旺细胞,仍然有许多亟待突破的禁区:首先,人们对 7336 Po.Box1200,Shenyang110004www.crter.org 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 7336 P.O. Box 1200, Shenyang 110004 www.CRTER.org www.CRTER.org Subject headings: peripheral nerves; nerve injuries; stem cells; Schwann cells; biocompatible materials Fu CY, Zhao J, Qu W. Tissue-engineered nerve for repair of peripheral nerve injuries. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu. 2013;17(41):7335-7340. 0 引言 Introduction 周围神经创伤以及肿瘤切除常导致无法直接吻 合的神经缺损。由于缺损段神经间缺乏必需的神经营 养素，纤维瘢痕的充填阻隔，以及再生轴突的无序生 长，最终会导致神经断端形成神经瘤。临床上，自体 神经移植能部分弥补这一缺陷，仍是修复周围神经缺 损的金标准[1]，但自体神经来源有限，且可供移植神 经均为皮神经，直径细小，不能满足临床神经移植的 要求，还存在供体部位切口瘢痕，供体神经功能的丧 失及可能发生痛性神经瘤等一系列后遗症。此问题在 大段神经缺损中尤甚。同种异体神经移植尚需要全身 应用免疫抑制剂，这会降低机体免疫力，产生巨大的 不良反应[2]。 近年来，随着生物工程技术以及组织工程化神经 的发展给周围神经缺损的治疗带来了新的希望，已逐 渐成为研究的焦点。组织工程化周围神经就是将“细 胞-生物材料”复合物植入神经损伤处，细胞在生物 材料逐渐被机体吸收降解过程中促进、引导轴突再生 形成新的具有形态和功能的周围神经组织，达到修复 创伤和重建功能的目的。 构建组织工程化周围神经包括3个内容：种子细 胞、生物材料以及构建周围神经组织的技术。本文就 将3方面的应用研究做一综述。 1 资料和方法 Data and methods 1.1 资料来源 检索人：第一作者。 检索时间：2013年7月。 检索数据库： PubMed 数据库，网址： http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/；CNKI数据库， 网址：http://www.cnki.net/。 检索词：英文关键词为“tissue engineering， peripheral nerves，nerve injuries，stem cells， schwann cells，mesenchymal stem cells，adipose stem cells，neural stem cells，embryonic stem cells， scaffold，growth factor”，中文关键词为“组织工程， 周围神经，神经损伤，干细胞，许旺细胞，间充质干 细胞，脂肪干细胞，神经干细胞，胚胎干细胞，支架， 生长因子”。 语言种类：英文及中文。 1.2 入选标准 纳入标准：①选择内容与神经组织工程、神经损 伤修复相关的文章。②同一领域选择近期发表或在权 威杂志上发表的文章。 排除标准：重复研究或Meta分析类文章。 1.3 资料提取与文献质量评价 计算机初检得到450 篇文献，经阅读标题和摘要后进行初筛，根据文章主 题、研究内容相关度及内容重复的研究进行排除，排 除后筛选纳入63篇文献进行评价。所有选用的文献均 为相关性较强，并具有代表性和权威性，能及时准确 反映和报道组织工程方法修复神经损伤的新进展。 2 结果 Results 2.1 种子细胞 由于种子细胞具有促进和引导轴突 再生的功能，因此对种子细胞的深入研究成为组织工 程化周围神经是否能够成功的关键一环。 许旺细胞：许旺细胞作为神经干内主要的非神经 元活性细胞，是损伤神经远端惟一分裂、增殖并对轴 突再生有重要作用的细胞，具有神经营养、趋化和使 神经再生纤维成熟的重要功能，是周围神经组织工程 的核心。许旺细胞的分离、培养、纯化、传代均已取 得可喜的成就，Gansmuller等[3]已培养出MSC 80永 生化许旺细胞系。目前，种植有许旺细胞的人工神经 修复周围神经缺损已在多个实验室取得成功[4-6]，因 此，许旺细胞作为种子细胞在人工神经中的核心地位 已形成共识[7]。但自体外周许旺细胞为终末期细胞， 存在增殖能力差，体外分离、培养困难和活性下降， 来源缺乏，需追加一次手术取材等缺点，限制了临床 的推广使用[8]；而异体许旺细胞移植会被受体组织强 烈排斥[9-10]，在体内难以存活。如何从个体化治疗向 规模化治疗迈进并实现组织工程技术的产业化，这就 为种子细胞研究提出了新的挑战。 骨髓基质干细胞：骨髓基质干细胞是具有多向分化 潜能的组织工程前体细胞。骨髓基质干细胞已经证实 可以分化为汗腺[11]、心肌[12]、上皮[13]、胶质细胞及 神经元细胞[14-16]。近年来，也有将骨髓基质干细胞在 体外、体内诱导分化为许旺样细胞的报道。Tohill等[17] 最先成功将骨髓基质干细胞培养分化为许旺细胞放 入导管移植修复神经缺损。随后，一系列研究均报道 将骨髓基质干细胞分化为许旺细胞作为种子细胞植 入，取得成效[18-22]。但对于骨髓基质干细胞分化的许 旺细胞，仍然有许多亟待突破的禁区：首先，人们对

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™

傅更洋,等组织工程化神经修复周国神经创伤的应用 Ltterwww.crter.oRg Multi-walled CNT MWNTS) 48 应是神经组织功能研究的一部分,成为将来研究的热 导电性纳米碳管与人工聚合物相交连,在体外可点问题。 以明显促进神经轴突的再生阳40。导电性纳米碳管具 有如下特点:①体积非常小,能够更好地与细胞接触。3小结 Conclusion ②具有良好的弹性与强度,能在组织修复过程中具有 组织的柔韧性,又保持支架结构的完整。③具有良好 组织工程神经不仅局限于基础实验阶段,最终它 的导电性能,且可调控。④具有稳定的光谱性状,可要应用于临床,使得众多临床神经损伤患者受益。其 以被追踪、监测,了解治疗情况。⑤具有携带各种生疗效不仅局限于等冋自体神经移植,更要超过这个 物活性物质的能力51,故将导电性纳米碳管应用于“金标准”。目前将组织工程神经应用于临床尚存 周围神经组织工程具有广阔的前景,将可能实现工程些问题亟待解决:①种子细胞来源及伦理。②细胞扩 化组织产品临床应用的重大突破。 増后移植的免疫排斥。③移植细胞稳定性问题及致瘤 2.3构建周围神经组织的技术 性。④神经支架材料的降解速度、最佳孔隙率、导管 基因修饰技术:周围神经损伤后,神经再生需要各厚度、形状等。⑤体外神经构建后移植修复时机。⑥ 种生物生长因子的参与。种子细胞于体外进行基因转各种神经生物因子的局部释放与调控等等。随着科技 染后再将其移植于体内,使其释放需要的各种神经营的发展,期待上述问题的及早解决,最终将组织工程 养因子,促进神经再生⑤3。由于神经损伤后,神经化神经应用于临床,使患者受益。 离断两端会表达各种生长因子,并且远端的组织表达 水平要高于近端,形成近低远高的浓度梯度阿。这种 作者贡献:第一作者构思并设计本综述,全部作者解 短暂的浓度梯度是体内神经再生的信号机制 析相关数据,第一作者对文章负责。 尽管应用基因修饰技术已经在周围神经损伤的 利益冲突:课题未涉及任何厂家和雇主或其他经济组 模型上取得了成功的疗效,但是基因修饰细胞释放的织直接或间接的利益的赞助。 神经营养因子提高了其体内浓度,破坏了原有的浓度 伦理要求:无涉及伦理冲突的内容 梯度变化,反而会产生“陷阱效应”干扰神经纤维再 学术术语:组织工程化周围神经一将“细胞-生物材料 生,甚至抑制神经再生。为此,基因修饰技术应复合物植入神经损伤处,细胞在生物材料逐渐被机体吸收 加以调控,使其在局部释放生理需要剂量浓度的生长降解过程中促进、引导轴突再生形成新的具有形态和功能 因子,保持体内应有的信号梯度,这是学者努力的方的周围神经组织,达到修复创伤和重建功能的目的。 向。 作者声明:文章为原创作品,数据准确,内容不涉及 静电纺丝技术:静电纺丝技术是生产直径在微米到泄密,无一稿两投,无抄袭,无内容剽窃,无作者署名争 纳米范围的连续纤维的方法,可以通过控制聚合物溶议,无与他人课题以及专利技术的争执,内容真实,文责 液浓度、黏度、配比等参数改变纤维的尺寸大小;另自负 外,改变电场的强度和方式可以使所产生的支架结构 与形态不同。由于静电纺丝支架具有更类似于天然的4参考文献 References 细胞外基质的结构,其高生物相容性、降解性及极高 的表面积容积比率,为细胞的黏附、迁移、增殖和 Lundborg G A25- year perspective of peripheral nerve 分化功能提供更有利的环境,近年来备受关注。但 surgery: evolving neuroscientific concepts and clinical significance. J Hand Surg Am. 2000, 25(3):391-414 是目前的研究仍仅限于种子细胞和支架生物相容性g2 Evans PJ peripheral nerve 等的研究,将其用于临床修复神经损伤,还有很多 allograft: a comprehensive review of regeneration and 题需要解决。 neuroimmunology. Prog Neurobiol 1994: 43(3) 促进神经再生方法:构建的组织工程周围神经最终 要移植于体内,成为神经的一部分。尽管目前的显薇|3] Gansmuller A, Clarin E, Kruger F,et al. Tracing transplanted and maturation in the 外科技术及设备已经相对成熟,但是神经功能完全恢 iverer mouse brain. Glia. 1991; 4(6): 580-590 复正常的实验研究尚未见报道。周围神经损伤后,相1 Ansselin AD, Fink T, Davey DF Peripheral nerve regeneration 应节段的中枢神经元凋亡、移植神经生长缓慢、靶器 through nerve guides seeded with adult Schwann cells Neuropathol Appl Neurobiol 1997: 23(5): 387-398 官机能丧失等这些都是影响神经功能恢复的因素。目5] Keeley R., Atagi elman E, et al. Synthetic nerve graft 前,大量的研究都关注于如何加速神经轴突的再生, containing collagen and synthetic Schwann cells inproves 如应用各种外源性生长因子、对神经施加光、电刺激 functional, electrophysiological, and histological parameters 等6。对于如何保护神经元,防止靶器官失用,也 of peripheral nerve regeneration. Restor Neurol Neurosci 19935(5):35336 7338 Po.Box1200,Shenyang110004www.crter.org 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 7338 P.O. Box 1200, Shenyang 110004 www.CRTER.org www.CRTER.org (Multi-walled CNT, MWNTs)[48]。 导电性纳米碳管与人工聚合物相交连，在体外可 以明显促进神经轴突的再生[49-50]。导电性纳米碳管具 有如下特点：①体积非常小，能够更好地与细胞接触。 ②具有良好的弹性与强度，能在组织修复过程中具有 组织的柔韧性，又保持支架结构的完整。③具有良好 的导电性能，且可调控。④具有稳定的光谱性状，可 以被追踪、监测，了解治疗情况。⑤具有携带各种生 物活性物质的能力[51-52]，故将导电性纳米碳管应用于 周围神经组织工程具有广阔的前景，将可能实现工程 化组织产品临床应用的重大突破。 2.3 构建周围神经组织的技术 基因修饰技术：周围神经损伤后，神经再生需要各 种生物生长因子的参与。种子细胞于体外进行基因转 染后再将其移植于体内，使其释放需要的各种神经营 养因子，促进神经再生[53-55]。由于神经损伤后，神经 离断两端会表达各种生长因子，并且远端的组织表达 水平要高于近端，形成近低远高的浓度梯度[56]。这种 短暂的浓度梯度是体内神经再生的信号机制。 尽管应用基因修饰技术已经在周围神经损伤的 模型上取得了成功的疗效，但是基因修饰细胞释放的 神经营养因子提高了其体内浓度，破坏了原有的浓度 梯度变化，反而会产生“陷阱效应”干扰神经纤维再 生，甚至抑制神经再生[57-60]。为此，基因修饰技术应 加以调控，使其在局部释放生理需要剂量浓度的生长 因子，保持体内应有的信号梯度，这是学者努力的方 向。 静电纺丝技术：静电纺丝技术是生产直径在微米到 纳米范围的连续纤维的方法，可以通过控制聚合物溶 液浓度、黏度、配比等参数改变纤维的尺寸大小；另 外，改变电场的强度和方式可以使所产生的支架结构 与形态不同。由于静电纺丝支架具有更类似于天然的 细胞外基质的结构，其高生物相容性、降解性及极高 的表面积/容积比率，为细胞的黏附、迁移、增殖和 分化功能提供更有利的环境[61]，近年来备受关注。但 是目前的研究仍仅限于种子细胞和支架生物相容性 等的研究，将其用于临床修复神经损伤，还有很多问 题需要解决。 促进神经再生方法：构建的组织工程周围神经最终 要移植于体内，成为神经的一部分。尽管目前的显微 外科技术及设备已经相对成熟，但是神经功能完全恢 复正常的实验研究尚未见报道。周围神经损伤后，相 应节段的中枢神经元凋亡、移植神经生长缓慢、靶器 官机能丧失等这些都是影响神经功能恢复的因素。目 前，大量的研究都关注于如何加速神经轴突的再生， 如应用各种外源性生长因子、对神经施加光、电刺激 等[62-63]。对于如何保护神经元，防止靶器官失用，也 应是神经组织功能研究的一部分，成为将来研究的热 点问题。 3 小结 Conclusion 组织工程神经不仅局限于基础实验阶段，最终它 要应用于临床，使得众多临床神经损伤患者受益。其 疗效不仅局限于等同自体神经移植，更要超过这个 “金标准”。目前将组织工程神经应用于临床尚存一 些问题亟待解决：①种子细胞来源及伦理。②细胞扩 增后移植的免疫排斥。③移植细胞稳定性问题及致瘤 性。④神经支架材料的降解速度、最佳孔隙率、导管 厚度、形状等。⑤体外神经构建后移植修复时机。⑥ 各种神经生物因子的局部释放与调控等等。随着科技 的发展，期待上述问题的及早解决，最终将组织工程 化神经应用于临床，使患者受益。 作者贡献：第一作者构思并设计本综述，全部作者解 析相关数据，第一作者对文章负责。 利益冲突：课题未涉及任何厂家和雇主或其他经济组 织直接或间接的利益的赞助。 伦理要求：无涉及伦理冲突的内容。 学术术语：组织工程化周围神经—将“细胞-生物材料” 复合物植入神经损伤处，细胞在生物材料逐渐被机体吸收 降解过程中促进、引导轴突再生形成新的具有形态和功能 的周围神经组织，达到修复创伤和重建功能的目的。 作者声明：文章为原创作品，数据准确，内容不涉及 泄密，无一稿两投，无抄袭，无内容剽窃，无作者署名争 议，无与他人课题以及专利技术的争执，内容真实，文责 自负。 4 参考文献 References [1] Lundborg G. A 25-year perspective of peripheral nerve surgery: evolving neuroscientific concepts and clinical significance. J Hand Surg Am. 2000;25(3):391-414. [2] Evans PJ, Midha R, Mackinnon SE. The peripheral nerve allograft: a comprehensive review of regeneration and neuroimmunology. Prog Neurobiol. 1994;43(3): 187-233. [3] Gansmuller A, Clerin E, Krüger F,et al. Tracing transplanted oligodendrocytes during migration and maturation in the shiverer mouse brain. Glia. 1991;4(6):580-590. [4] Ansselin AD, Fink T, Davey DF. Peripheral nerve regeneration through nerve guides seeded with adult Schwann cells. Neuropathol Appl Neurobiol. 1997 ;23(5):387-398. [5] Keeley R, Atagi T, Sabelman E,et al. Synthetic nerve graft containing collagen and synthetic Schwann cells inproves functional, electrophysiological, and histological parameters of peripheral nerve regeneration. Restor Neurol Neurosci. 1993;5(5):353-366

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