二、丝胶蛋白在外周神经损伤修复中的应用

（一）外周神经的结构特点

外周神经是指脑和脊髓以外的所有神经，包括神经节、神经干、神经丛及神经终末装置。外周神经负责联系中枢神经系统和外周效应器，其主要功能是感受刺激，将神经冲动传入神经中枢，并将神经中枢的冲动传出，支配肌肉运动和腺体分泌。

外周神经由许多外形、大小各异的神经纤维束或神经束组成，被结缔组织包裹和分隔，依次形成神经内膜、神经束膜和神经外膜3个层次的鞘膜。根据轴突外是否包裹髓鞘结构，神经纤维可以分为有髓神经纤维和无髓神经纤维两大类。在外周神经系统中，施万细胞膜延伸包绕神经纤维卷成数层脂质绝缘层，称为髓鞘，也称为髓磷脂鞘。每根神经纤维上的髓鞘并不是一层连续不断的膜，而是每隔一定距离呈节段状分布，在两段髓鞘之间的无髓鞘部分称为郎飞结。髓鞘具有电阻高、电容低的特点，不允许带电离子通过，能起到绝缘作用，因而通过轴突的电流只能使郎飞结处的轴膜发生去极化而产生兴奋。所以，在有髓神经纤维上神经冲动呈跳跃式传导，传导速度受神经纤维的粗细和节间体长度的影响。神经纤维越粗，节间体越长，传导速度就越快。无髓神经纤维的轴突外没有髓鞘包裹，而是被不同程度地直接包埋于施万细胞表面凹陷所形成的纵沟内，一个施万细胞可通过凹沟包埋数个轴突。由于缺少髓鞘的包被，无髓神经纤维上的神经冲动呈连续传导，传导速度慢于有髓神经纤维。

（二）外周神经离断损伤现状及其治疗策略

与中枢神经不同，外周神经由于没有颅骨、脊柱以及血-脑屏障的保护，更容易遭受毒素或机械性损伤。外周神经离断是临床常见的致残性疾病。严重创伤、肿瘤切除、先天畸形等原因均可导致外周神经的离断。我国每年约有50万新发外周神经离断患者，外周神经损伤可导致神经支配区域感觉和运动功能障碍，极大降低了患者的生活质量，导致严重残疾。虽然外周神经相较于中枢神经具有较强的再生能力，但目前长距离外周神经缺损的修复与功能重建仍是世界范围内临床医学研究中的一大难题。

目前外周神经离断主要的治疗方法有两断端无张力缝合、自体神经移植以及人工神经导管（移植物）桥接（图10-3）。两断端无张力直接缝合是目前临床上最常用的方法，但仅局限于<5mm的短距离神经缺损，且通常会导致神经瘤或瘢痕组织的形成，从而阻碍神经的修复。对于较长距离的外周神经缺损（>5mm），则存在自体神经移植供体来源有限、管径匹配度低、对供区神经可造成二次损伤等问题。自体神经移植的理想替代治疗方法是人工神经导管移植。人工神经导管具有生物相容性高、易于功能化以及工程技术精密等特点，因此可实现与受损神经结构与功能的高度匹配。

（三）外周神经损伤治疗的组织工程概况

近年来，人工神经导管用于外周神经离断损伤的修复已成为研究热点。理想的神经导管能够引导轴突从近端向远端再生，为神经再生提供机械支持及良好的微环境，协助再生组织摄取营养物质、排出代谢产物，还可以防止周围纤维结缔组织侵入。

生物材料是制备人工神经导管的基础，按材料来源可分为天然材料和人工合成材料两大类。天然材料是指来源于动植物的材料，又可分为两类：①生物组织及其衍生物，包括骨骼肌、静脉、去细胞神经等；②从生物组织提取的高分子聚合物，例如壳聚糖、丝素蛋白、胶原、明胶、纤维蛋白、角蛋白等，这些材料一般都具有可降解性。人工合成材料主要是一些合成的高分子聚合物，根据其是否可降解分为两类：①不可降解的聚合物，如硅胶、聚四氟乙烯等；②可降解的聚合物，如聚乙醇酸、聚乳酸-羟基乙酸共聚物等。通过这些材料制备的人工神经导管已被用于动物实验，其中部分产品已经开始临床试验或应用。

到目前为止，已有多种不同生物材料制备的神经导管得到FDA的认证并已应用于临床研究，包括用Ⅰ型胶原蛋白（collagen typeⅠ）制备的Neura-Gen^®神经导管，用聚乙醇酸（polyglycolic acid，PGA）制备的 Neurotube^®神经导管和聚己内酯（polycaprolactone，PCL）制备的 Neurolac^®神经导管。此外，我国顾晓松院士团队研发的基于壳聚糖（chitosan）的神经导管也已得到国家食品药品监督管理总局（CFDA）的认证并已用于临床实验。

根据使用材料的发展，人工神经导管分为三代。第一代神经导管以硅胶管为代表。早在20世纪80年代，Lundborg及其同事即开始对硅胶管修复外周神经缺损进行研究。临床实验表明硅胶管对肢体远端小间隙神经缺损具有较好的修复作用。但是由于硅胶在生物体内不可降解，长期留存于局部组织，可导致排异反应，阻碍神经生长或者压迫组织再生等，需要二次手术取出，因而其临床应用受到限制。为了克服这一缺点，第二代人工神经导管的制备采用了一系列天然或人工合成的可降解生物材料作为原材料。这类导管可被生物机体降解和吸收，无需二次手术取出，是其用于外周神经修复的一大优势。第三代人工神经导管则是在第二代导管的基础上对其进行改性，一方面搭载了细胞、神经营养因子等促神经修复的因子，另一方面对导管的设计进行了进一步优化，包括导管内表面刻槽、管腔填充、管腔内置纤维支架、多通道管腔等，进一步提高了修复效率。

尽管组织工程神经导管的应用在外周神经损伤修复中取得了一定的成果，但仅有极少数神经导管的修复效果可与自体神经移植的效果相匹配。因此，研发修复效率更高的神经导管具有重要临床意义。

（四）丝胶蛋白的组织工程研究及其在外周神经缺损修复中的应用

施万细胞在外周神经再生中发挥着重要的功能，被认为是用于组织工程神经修复最理想的种子细胞之一。外周神经缺损发生后，施万细胞增殖并沿断裂轴突定向排列，形成büngner带，与局部募集的巨噬细胞共同清除髓鞘降解产物与变性坏死的轴突，同时分泌包括胶质细胞源性神经营养因子（GDNF）、神经生长因子（NGF）、脑源性神经营养因子（BDNF）、睫状节神经营养因子（CNTF）等神经营养因子促神经再生。王琳教授课题组发现，与施万细胞共培养时，丝胶蛋白不仅具有良好的生物相容性，还可促进施万细胞分泌神经营养因子GDNF及NGF，具有神经营养作用。此特点使丝胶蛋白能作为一种具有优势的生物材料应用于外周神经的创伤修复。王琳教授课题组制备了多孔结构的丝胶神经导管，该导管生物力学性能好，具有可控性降解的特性、低免疫原性，有利于神经导向生长，导管孔隙率及孔径大小能满足外周神经再生要求，导管的机械强度能与外周神经组织相匹配，对大鼠5mm坐骨神经离断损伤具有良好的修复作用，能够高效恢复外周神经结构与功能，主要包括增加再生轴突的密度与髓鞘厚度，提高坐骨神经指数与神经传导速率。该研究证明了此功能化修饰的丝胶神经导管，可作为治疗药物、种子细胞、生长因子的良好载体应用于外周神经修复，达到神经结构和功能的恢复；基于此，丝胶神经导管的组织工程修复策略为较长距离外周神经创伤修复提供了新途径、新方法。

（五）丝胶生物支架在外周神经慢性卡压损伤修复中的应用

1.外周神经卡压的概念及治疗

外周神经卡压是指外周神经受到压迫，而引起疼痛、产生感觉或运动功能障碍等。广义的外周神经卡压是指神经在其行程中任何一处受到卡压而出现感觉、运动等功能障碍。狭义的外周神经卡压是指外周神经经过某些解剖学特定部位，如经过肌腱、穿过肌肉、绕过骨性隆起、经过骨纤维鞘管及异常纤维束带处，因这些组织本身较硬韧，神经本身因肢体运动在这些部位反复摩擦造成局部水肿等炎症反应，使鞘管容积减小，神经在压迫及反复摩擦下引起血液循环障碍，发生脱髓鞘改变，造成不同程度感觉及运动功能障碍。

20世纪80年代中期，Mackinnon、Brien等通过大量动物实验来模拟人类外周神经慢性卡压损伤，研究发现，阶段性脱髓鞘改变及轴索变性是外周神经慢性卡压损伤的主要病理变化，并证实病变进展过程有三个基本变化：慢性缺血、血-神经屏障改变以及严重的华勒变性。

目前外周神经卡压的治疗有非手术治疗（保守治疗）和手术治疗两种。非手术治疗包括局部注射皮质类固醇激素、制动、理疗等，手术治疗则是对卡压神经行松解术。这两种治疗方法虽能一定程度缓解症状，但治标不治本，均未能直接针对神经损伤的结构及功能进行修复。

组织工程技术有望克服上述治疗方法的缺点，可通过制备的生物支架搭载合适的治疗因子，移植至创伤处发挥治疗作用，以促进外周神经结构及功能的恢复。

2.丝胶生物材料的组织工程研究及其在外周神经慢性卡压损伤治疗中的应用

可降解生物材料是制备生物支架的理想选择。用于组织修复的各种生物材料各有优缺点，如能合理利用多种材料设计制备复合生物材料，则有望达到优势互补、增强功能、促进修复的目的。针对慢性神经卡压损伤，王琳教授课题组将丝胶蛋白与壳聚糖按照一定的比例混合，设计并制备了丝胶/壳聚糖复合生物支架，并将其作为神经生长因子NGF的缓释载体，用于大鼠坐骨神经慢性卡压损伤的修复，取得了良好的修复效果并达到了神经结构和功能的恢复。治疗后，大鼠坐骨神经传导速率得到显著的恢复，神经髓鞘的厚度显著增加，并使神经支配的腓肠肌萎缩得到了改善。该复合型生物支架中主要组分丝胶提高了支架的机械强度，壳聚糖组分提升了支架的抗菌、抗粘连性能。同时，丝胶蛋白与壳寡糖（壳聚糖体内降解的中间产物）还具有神经营养和神经保护作用。此外，这种丝胶/壳聚糖复合生物支架在体内可降解，具有良好的生物相容性、低免疫原性以及神经营养等特性，修复效果良好。因此，利用该丝胶复合生物支架搭载神经生长因子的修复策略有望在将来应用于腕管综合征等慢性神经卡压疾病的临床治疗，具有较好的应用前景。