一種快速成型的脊髓微導管支架及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明創造涉及一種快速成型的脊髓微導管支架及其制備方法。
【背景技術】
[0002]長期以來，脊髓損傷后導致的肢體功能障礙始終是醫學界難以解決的一個難題。目前，其治療策略是促使及引導近端脊髓神經軸突生長跨越損傷段，使其與遠端相連，同時抑制脊髓損傷后產生的不利的病理生理反應，如遠端的華勒氏變性。1944年Weiss等提出了無縫線導管化的方法修復神經損傷的概念。根據這個概念，之后的學者們利用組織工程化、有生物活性的神經替代物，即神經導管，替代來源有限的自體神經移植修復周圍神經缺損。但是，由于脊髓其本身結構及功能的特殊性，脊髓損傷修復方面的研究仍難以取得較大突破。近幾年來，隨著組織工程學的不斷進展，新材料、新工藝的不斷涌現，使得脊髓損傷修復出現新的希望。
[0003]脊髓損傷存在軸突破壞，但是當神經內膜的連續性完整無損(例如擠壓傷)的時候，軸突在原來的基膜內再生，并且可以徹底痊愈。但是至今還無法用肉眼或儀器設備去正確地分辨脊髓神經的運動神經束和感覺神經束，所以無法人為地通過手術的方法去正確地實現同類神經束的吻合修復，結果常常造成神經束之間重疊、扭曲、偏位和滑脫，以及吻合口部結締組織增生等阻礙近端軸突再生和恢復不良等后果。對于斷端間有缺損的損傷，由于斷端神經膠質細胞的增生和外周神經結締組織的增生會形成瘢痕組織，從而阻礙再生神經纖維的向前增長，使再生纖維達不到原位而失去功能。因此為防止過多的結締組織在兩斷端間生長、必須移植他物填充或進行橋接誘導修復。
[0004]目前，構建人工脊髓的支架材料按來源可分為兩大類:生物型材料和人工合成的聚合物材料。人工合成的聚合物材料雖然能為神經再生起到通道作用，但由于他們不能在體內被降解和吸收，阻礙近端軸突再生和導致恢復不良。所以選擇制備脊髓神經微導管的材料趨向于生物可降解型材料。由于脊髓組織的軟組織特性，用于植入脊髓的支架材料常選用含水量高，且力學特性類似脊髓的材料(Zhong Ying-hui，BellamkondaRV.B1materials for the central nervous system.J R Soc Interface, 2008, 5(26):957-975)。同時，支架材料的生物相容性和細胞粘附能力至關重要，天然高分子材料或者天然高分子對合成高分子進行改性后的材料用作支架材料便成為理想的途徑之一。
[0005]對脊髓微導管支架結構功能優化也尤為重要。Williamst研究證明結構一致的纖維能定向引導神經突末梢運動。而細胞外基質地貌特征如凹槽、隆起、纖維等，不僅能直接使沿基質生長的細胞呈現拉長的雙極形態，而且也能促進細胞定向迀移(CurtisAS.Small is beautiful but smaller is the aim:review of a life of research.EurCell Mater, 2004, 22(8):27-36.)。基于此基礎，已有研究者將多種材料制作成仿生支架用于脊髓損傷修復研究。Matsumoto 和曹誼林(Matsnmoto K，Ohnishi K，Kiyotani T，etal.Peripheral nerve regenerat1n across an 80-mm gap bridged by a polyglycolicacid (PGA)-collagen tube filled with laminin-coated collagen fibers:ahistological and electrophys1logical evaluat1n of regenerated nerves.BrainRes 2000 ；868(2):315-328)等用PGA多絲手術縫合線編織成中空管作為神經導管，在導管內嵌入可吸收導線，從而使再生軸突從總體上沿導線、導管定向生長，避免了神經瘤的形成。Pennings設計了具有不同孔徑分布的雙層結構神經導管，以PCL-LA為內層，外層是HJ/PLA共混物，用這種神經導管橋接再生效果與自體神經移植一樣。
[0006]但是，以目前工藝制備的神經導管不僅神經功能的修復效果有限，而且，其空間結構與在體脊髓有較大差距。因此設計出模擬體內細胞微環境所需的三維結構支架，這樣會更有利于細胞存活、增殖、遷移和分化(Peter XM.B1mimetic materials for tissueengineering.Adv Drug Delivery Rev.2008 ；60 (2):184-198)0
[0007]快速成型技術在上世紀末期誕生，是增材技術基礎上的材料堆積技術。該技術集機械工程、CAD、逆向工程技術、分層制造技術、數控技術、材料科學、激光技術于一體，能快速直接精確地將設計模型轉化為事先設計的模型或模具，從而為復雜零件模型制備、零件設計、特殊構思驗證等方面提供高效低成本的技術手段。而低溫快速成型技術是根據所設計或掃描物件的三維信息，在計算機軟件及電機精確調控下，用精密金屬針頭與材料的特定位移關系，迅速打印出特定三維結構，利用材料低溫成型特性在低溫下迅速凝固并實現自動粘接和堆積，逐層堆積最終形成目標物價。材料的低溫成型環境溫度控制在-30°C _5°C。顏永年教授等利用該技術可制備出孔徑為100?200 μm的交錯貫通的組織工程三維支架。李瑞欣等利用PLLA/殼聚糖/羥基磷灰石等材料制成的支架具有良好的生物相容性，力學性能和可降解特性。
【發明內容】
[0008]本發明創造要解決的問題是，提供一種基于脊髓神經電生理天然結構的一種快速成型的脊髓微導管支架及其制備方法。
[0009]為解決上述技術問題，本發明創造采用的技術方案是:一種快速成型的脊髓微導管支架，包括橢圓柱型的微導管支架本體，所述微導管支架本體內部設有用于生長皮質脊髓束、薄束、楔束和脊髓丘腦束的空心區域；所述空心區域包括第一支架區域、第二支架區域和第三支架區域；所述微導管支架本體上半部中心設有用于生長薄束、楔束的第一支架區域；所述第一支架區域的左右各設有一用于生長皮質脊髓束、脊髓丘腦束的第二支架區域；所述第一支架區域下方設有第三支架區域；所述脊髓微導管支架外徑為2.5-3.5mm，壁厚0.1-1.0mm ;所述第三支架區域的直徑在200-400 μ m，第三支架區域用于精度的控制。
[0010]進一步，所述脊髓微導管支架內外可用于貼服或融合細胞或生長因子。
[0011]優選的，所述細胞包括神經干細胞、神經元、星形膠質細胞、少突膠質細胞、小膠質細胞、嗅鞘細胞、血管內皮細胞、骨髓間充質干細胞、脂肪干細胞、成纖維細胞、臍帶間充質干細胞中的一種或幾種。
[0012]優選的，所述生長因子包括神經生長因子3 (NT-3)、神經生長因子(NGF)、腦源性生長因子(BDNF)、神經營養因子-3 (NT-3)、表皮細胞生長因子(EGF)、堿性成纖維細胞生長因子(bFGF)和血小板源性神經營養因子(I3DGF)中的一種或多種。
[0013]進一步，所述脊髓微導管支架內徑表面的細胞密度為I X 16— I X 10s/ml。
[0014]進一步，所述脊髓微導管支架內徑表面生長因子的濃度為10 μ g/g — 20mg/g。
[0015]進一步，所述脊髓微導管支架的生物材料為在37°C，體內熱穩定維持3個月的、可降解的生物材料。
[0016]本發明還提供一種脊髓微導管支架的制備方法，包括如下步驟:
[0017](I)根據天然大鼠脊髓神經結構設計脊髓微導管支架3D模型；將髓微導管支架3D模型導入3D生物打印機中；
[0018](2)將生物材料的溶液置于3D生物打印機的打印機材料儲存器中；
[0019](3)設置打印機參數，生物打印機針頭直徑為60— 200 μ m，針頭數量為8 — 20個，針頭到基底打印層為100—300 μ m，打印速度5-10mm/秒，打印間隙為100 μ m— 400 μ m，溫度設置為_30°C — 5°C ；
[0020](4)打印得脊髓微導管，將脊髓微導管常規消毒凈化，置入含有細胞或生長因子的培養液培養4-12天；
[0021](5)將含有細胞或生長因子的已成熟脊髓微導管置入脊髓損傷處，形成脊髓微導管支架。
[0022]優選的，所述生物材料為膠原、絲素蛋白、羥基磷灰石、聚乳酸、殼聚糖、海藻酸鈉、聚乳酸-羥基乙酸共聚物、明膠、水凝膠中的一種或幾種復合物。
[0023]進一步，所述生物材料的降解溶劑為醋酸、檸檬酸、乙二醇中的一種或幾種混合物。