一种多通道周围神经导管及其制备方法与流程

本发明涉及周围神经再生技术领域，尤其是一种多通道周围神经导管及其制备方法。

背景技术：

据统计，我国现有2000万以上周围神经损伤后存在功能障碍的患者，其中以青壮年劳动力居多，对家庭和社会带来沉重的负担。周围神经损伤后基本无法自我修复。目前，神经缺损治疗的“金标准”是切取自身细小的感觉神经(如腓肠神经)在神经断端之间桥接，但因供体有限且供体与损伤部位的匹配度低，无法满足神经修复的需求。制造不同结构的用以桥接断裂神经的人工神经，以促进周围伸建立有效的信号连接成为临床医生和材料学家重要研究方向。

已经商品化或临床研究的的人工神经主要包括一是异体神经(同种来源比如美国axogen公司的avancetm和我国中山大学的神桥tm或者处于研究阶段的异种来源神经)，这类产品来源有限、价格昂贵、还有潜在的免疫原性的可能；另一类是组织工程神经，通过工程手段将天然或合成的大分子材料加工成周围神经支架更具应用前景。目前，商品化的产品包括美国integra公司和我国天新福公司的胶原管(collagen)、美国synovis公司的聚乙醇酸管(pga)、荷兰polyganics公司的聚消旋乳酸-ε-己内酯管(pdlla-ε-pcl)等单通道套管。此外，基础研究采用更多材料及不同的加工方法均制备了周围神经导管，比如壳聚糖、琼脂糖，plga、peg类或聚碳酸酯等聚醚酯嵌段共聚物，聚氨酯等。常采用的加工方式有模具加工成型、电纺丝等。

然而，受加工工艺的制约，目前的组织工程神经多为单一材料的中空或多通道的神经支架，且传统加工得到的通道尺度远大于轴突再生所需要的空间需求。无法有效的为轴突的定向延伸提供物理导向。此外，目前组织工程神经无法实现多种生物分子的仿生时空分布。这种条件下，轴突从近心端向远心端延伸过程中无外在的物理和生物信号的动力，只能靠自身生长能力。这将导致轴突在组织工程神经支架内无序、混乱的延伸，增大神经轴突重配的时间及错配的概率，从而降低了神经再生的效率。寄望的神经导管临床适应症多在3cm的神经缺损以内，对于长段的周围神经缺损，因营养的供给不及时，组织工程神经很难有较好的修复效果。

技术实现要素：

基于上述问题，本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种能有效促进受损的周围神经再生的多通道周围神经导管。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种多通道周围神经导管，包括外套管和设于所述外套管内的具有多通道结构的填充物，所述多通道由水凝胶条带间隔而成。

优选地，所述填充物为卷曲的静电纺丝薄膜，所述静电纺丝薄膜上定向分布有纳米纤维；所述静电纺丝薄膜的长度优选为25mm-50mm，宽度优选为5mm-30mm。

优选地，所述静电纺丝薄膜中设有相互平行的水凝胶条带；水凝胶条带宽优选0.1mm-0.5mm，水凝胶条带之间间隔优选0.3mm-1mm。

优选地，所述水凝胶条带与纳米纤维(或静电纺丝)平行。

优选地，所述静电纺丝薄膜的卷曲方向与所述水凝胶条带的方向一致；由此，间隔的水凝胶条带以及间隔的环形界面形成上述的多通道(即微通道)，可引导轴突定向延伸；通道的数量可通过调整水凝胶条带的数量来控制，通道数量优选为2～75个；还可以向微通道灌注或浸润生物活性成分，如去细胞组织基质水凝胶、胶原、ngf或vegf，以增加周围神经导管的生物学功能。

优选地，所述外套管为纳米纤维管；外套管外直径优选为2.2mm-10.2mm，内直经优选为2mm-10mm，长度优选为15mm-50mm。

优选地，所述静电纺丝薄膜或/和外套管采用静电纺丝工艺制备，制备原料为plg、plla、pcl、ptmc、明胶、壳聚糖中的至少一种。

优选地，所述纳米纤维管中的纳米纤维呈无规则分布或定向分布。

优选地，每条所述水凝胶条带上负载有10pg～10μg的β-ngf，以促进轴突的延伸，或者水凝胶条带上负载有100pg～10μg的vegf，以促进支架移植后的血管化。

在另一个方面，本发明还提供了一种多通道的周围神经导管的制备方法，包括如下步骤：

(1)将plg、plla、pcl、ptmc、明胶、壳聚糖中的至少一种加入三氟乙醇中混合均匀，然后采用静电纺丝工艺制得具有定向分布的纳米纤维套管(即外套管)和纳米纤维薄膜(即静电纺丝薄膜)；

(2)以复合生物墨水为原料，采用3d打印工艺在所述纳米纤维薄膜上制得平行间隔的水凝胶条带，打印的方向与所述纳米纤维薄膜上的纳米纤维分布方向一致，之后uv光辐射10～60s，将水凝胶条带固化；其中，所述复合生物墨水为含有β-ngf的双键改性明胶；

(3)将步骤(2)制得的纳米纤维薄膜沿着水凝胶条带方向，向内卷曲成管状结构，然后装填到步骤(1)制备的纳米纤维套管中，形成所述多通道的周围神经导管。

优选地，步骤(1)中优选特性粘度为2.05的plla溶于三氟乙醇中，制得质量百分浓度为15％的溶液；

制备纳米纤维套管时，相应的静电纺丝工艺的参数优选为：纺丝电压为15kv，针头与接收转辊的距离为10cm，聚合物注射速度为1ml/h，利用直径为20mm的高速转辊收集，转速为1000-3000rpm，连续接收4h；

制备纳米纤维薄膜时，相应的静电纺丝工艺的参数优选为：相比上述参数，更换直径为20cm的圆盘接收器，圆盘的外侧粘贴一圈边长为2cm的玻璃片，设置转速为100rpm，其它条件不变，接收4h；由此，玻璃片表面会形成边长为2cm的具有定向分布的纳米纤维薄膜。

优选地，步骤(2)中β-ngf的浓度为100ng/ml；3d打印工艺的参数优选：调节料筒温度为26℃，接收冷凝板温度为8℃，选择0.2mm针头，设置打印速度为0.5cm/s，在挤出气压为0.01kpa条件下，运行间隔为0.5mm的平行模型；uv光辐射优选20s。

综上所述，本发明的有益效果为：

本发明利用静电纺丝技术和生物3d打印技术构建的多通道周围神经导管，是一种组织工程人工神经，其中，纳米纤维具有定向分布信号，可引导轴突延伸，以及神经生长因子按照纳米纤维的空间信号分布，能促进受损的周围神经有效再生。

附图说明

图1为本发明的多通道周围神经导管的制备方法的流程示意图；

图2为静电纺丝薄膜在共聚焦显微镜下的照片；

其中，1、外套管，2、静电纺丝薄膜，3、水凝胶条带，4、通道。

具体实施方式

本发明提出结合静电纺丝技术和生物3d打印技术制备周围神经导管，一方面通过在组织工程神经中引入多种信号促进轴突的延伸；另一方面提高组织工程神经再血管化能力，来提高长段缺损的周围神经的再生能力。

通过发明的制备方法可以得到具有宏微观多级物理信号和生物信号的周围神经导管，对轴突的延伸具有双重引导作用，有利于周围神经损伤的修复。本发明的制备方法过程简单、易实现，易于标准化，通道数目或尺寸可定制。

具体地，采用本发明的制备方法构建出具有物理信号引导轴突定向延伸的神经导管其中的导管中的填充物采用定向排布的纳米纤维，定向纳米纤维对轴突的延伸具有引导作用，但是，直接卷曲静电纺丝薄膜，无法形成纵向通道，轴突有一定概率会沿着错误方向延伸；纵向水凝胶条带可间隔卷曲的静电纺丝薄膜，形成一定数量的微通道，该微通道可以进一步引导轴突的定向延伸；

在物理信号基础上，引入生物信号(例如神经生长因子)，实现双重信号有效引导轴突定向延伸，水凝胶条带可负载β-ngf或vegf；进一步的，可通过双打印头混合打印模式实现条带中生物信号分子的浓度梯度分布，实现对轴突延伸方向和速度的精确调控。

为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。如无特别说明，本申请中的试剂浓度均为质量浓度。

实施例1

如图1所示，本发明的多通道周围神经导管的一种实施例，包括外套管1和设于外套管1内的具有多通道结构的填充物，多通道由水凝胶条带3间隔而成，向通道4灌注或浸润生物活性成分，如去细胞组织基质水凝胶；通道数量为2个；

外套管1为纳米纤维管；外套管1外直径为2.2mm，内直经为2，长度为15mm；填充物为卷曲的静电纺丝薄膜2，静电纺丝薄膜2上定向分布有纳米纤维；静电纺丝薄膜2的长度为25mm，宽度为5mm；静电纺丝薄膜2和外套管1均采用静电纺丝工艺制备；纳米纤维管中的纳米纤维呈无规则分布；

静电纺丝薄膜2中设有相互平行的水凝胶条带3；水凝胶条带3宽0.1mm，水凝胶条带3之间间隔0.3mm；水凝胶条带3与纳米纤维(或静电纺丝)平行；静电纺丝薄膜2的卷曲方向与水凝胶条带3的方向一致；间隔的水凝胶条带3以及间隔的环形界面形成多通道4(即微通道)。

上述多通道的周围神经导管的制备方法，包括如下步骤：

(1)将plla加入三氟乙醇中混合均匀，然后采用静电纺丝工艺制得具有定向分布的纳米纤维套管(即外套管)和纳米纤维薄膜(即静电纺丝薄膜)；

(2)以复合生物墨水为原料，采用3d打印工艺在纳米纤维薄膜上制得平行间隔的水凝胶条带，打印的方向与纳米纤维薄膜上的纳米纤维分布方向一致，之后uv光辐射10s，将水凝胶条带固化；其中，复合生物墨水为含有β-ngf的双键改性明胶；

(3)将步骤(2)制得的纳米纤维薄膜沿着水凝胶条带方向，向内卷曲成管状结构，然后装填到步骤(1)制备的纳米纤维套管中，形成多通道的周围神经导管。

上述步骤(1)中特性粘度为2.05的plla溶于三氟乙醇中，制得质量百分浓度为15％的溶液；

制备纳米纤维套管时，相应的静电纺丝工艺的参数为：纺丝电压为15kv，针头与接收转辊的距离为10cm，聚合物注射速度为1ml/h，利用直径为20mm的高速转辊收集，转速为1000-3000rpm，连续接收4h；

制备纳米纤维薄膜时，相应的静电纺丝工艺的参数为：相比上述参数，更换直径为20cm的圆盘接收器，圆盘的外侧粘贴一圈边长为2cm的玻璃片，设置转速为100rpm，其它条件不变，接收4h；由此，玻璃片表面会形成边长为2cm的具有定向分布的纳米纤维薄膜。

上述步骤(2)中β-ngf的浓度为100ng/ml；3d打印工艺的参数为：调节料筒温度为26℃，接收冷凝板温度为8℃，选择0.2mm针头，设置打印速度为0.5cm/s，在挤出气压为0.01kpa条件下，运行间隔为0.5mm的平行模型。

实施例2

本发明的多通道周围神经导管的一种实施例，包括外套管1和设于外套管内的具有多通道结构的填充物，多通道由水凝胶条带3间隔而成，向通道4灌注或浸润生物活性成分胶原；通道数量为20个；

外套管为纳米纤维管；外套管外直径为4.2mm，内直经为4mm，长度为24mm；填充物为卷曲的静电纺丝薄膜2，静电纺丝薄膜上定向分布有纳米纤维；静电纺丝薄膜的长度为30mm，宽度为12mm；静电纺丝薄膜和外套管均采用静电纺丝工艺制备；纳米纤维管中的纳米纤维呈定向分布；

静电纺丝薄膜2中设有相互平行的水凝胶条带；水凝胶条带宽0.2mm，水凝胶条带之间间隔0.5mm；水凝胶条带与纳米纤维(或静电纺丝)平行；静电纺丝薄膜的卷曲方向与水凝胶条带的方向一致；间隔的水凝胶条带以及间隔的环形界面形成多通道(即微通道)；每条水凝胶条带上负载有10pg～10μg的胶原。

上述多通道的周围神经导管的制备方法，包括如下步骤：

(1)将plga加入三氟乙醇中混合均匀，然后采用静电纺丝工艺制得具有定向分布的纳米纤维套管(即外套管)和纳米纤维薄膜(即静电纺丝薄膜)；

(2)以复合生物墨水为原料，采用3d打印工艺在纳米纤维薄膜上制得平行间隔的水凝胶条带，打印的方向与纳米纤维薄膜上的纳米纤维分布方向一致，之后uv光辐射20s，将水凝胶条带固化；其中，复合生物墨水为含有β-ngf的双键改性明胶；

(3)将步骤(2)制得的纳米纤维薄膜沿着水凝胶条带方向，向内卷曲成管状结构，然后装填到步骤(1)制备的纳米纤维套管中，形成多通道的周围神经导管。

上述步骤(1)中特性粘度为2.05的plg溶于三氟乙醇中，制得质量百分浓度为15％的溶液；

制备纳米纤维套管时，相应的静电纺丝工艺的参数为：纺丝电压为15kv，针头与接收转辊的距离为10cm，聚合物注射速度为1ml/h，利用直径为20mm的高速转辊收集，转速为1000-3000rpm，连续接收4h；

制备纳米纤维薄膜时，相应的静电纺丝工艺的参数为：相比上述参数，更换直径为20cm的圆盘接收器，圆盘的外侧粘贴一圈边长为2cm的玻璃片，设置转速为100rpm，其它条件不变，接收4h；由此，玻璃片表面会形成边长为2cm的具有定向分布的纳米纤维薄膜。

上述步骤(2)中β-ngf的浓度为100ng/ml；3d打印工艺的参数为：调节料筒温度为26℃，接收冷凝板温度为8℃，选择0.2mm针头，设置打印速度为0.5cm/s，在挤出气压为0.01kpa条件下，运行间隔为0.5mm的平行模型。

实施例3

本发明的多通道周围神经导管的一种实施例，包括外套管1和设于外套管内的具有多通道结构的填充物，多通道由水凝胶条带3间隔而成，向通道4灌注或浸润生物活性成分ngf；通道数量为39个；

外套管为纳米纤维管；外套管外直径为6.3mm，内直经为6.1mm，长度为37mm；填充物为卷曲的静电纺丝薄膜2，静电纺丝薄膜2上定向分布有纳米纤维；静电纺丝薄膜的长度为35mm，宽度为18mm；静电纺丝薄膜和外套管均采用静电纺丝工艺制备；纳米纤维管中的纳米纤维呈定向分布；

静电纺丝薄膜中设有相互平行的水凝胶条带；水凝胶条带宽0.3mm，水凝胶条带之间间隔0.5mm；水凝胶条带与纳米纤维(或静电纺丝)平行；静电纺丝薄膜的卷曲方向与水凝胶条带的方向一致；间隔的水凝胶条带以及间隔的环形界面形成多通道(即微通道)；每条水凝胶条带上负载有10pg～10μg的β-ngf。

上述多通道的周围神经导管的制备方法，包括如下步骤：

(1)将plla加入三氟乙醇中混合均匀，然后采用静电纺丝工艺制得具有定向分布的纳米纤维套管(即外套管)和纳米纤维薄膜(即静电纺丝薄膜)；

(2)以复合生物墨水为原料，采用3d打印工艺在纳米纤维薄膜上制得平行间隔的水凝胶条带，打印的方向与纳米纤维薄膜上的纳米纤维分布方向一致，之后uv光辐射30s，将水凝胶条带固化；其中，复合生物墨水为含有β-ngf的双键改性明胶；

(3)将步骤(2)制得的纳米纤维薄膜沿着水凝胶条带方向，向内卷曲成管状结构，然后装填到步骤(1)制备的纳米纤维套管中，形成多通道的周围神经导管。

上述步骤(1)中特性粘度为2.05的plla溶于三氟乙醇中，制得质量百分浓度为15％的溶液；

制备纳米纤维套管时，相应的静电纺丝工艺的参数为：纺丝电压为15kv，针头与接收转辊的距离为10cm，聚合物注射速度为1ml/h，利用直径为20mm的高速转辊收集，转速为1000-3000rpm，连续接收4h；

制备纳米纤维薄膜时，相应的静电纺丝工艺的参数为：相比上述参数，更换直径为20cm的圆盘接收器，圆盘的外侧粘贴一圈边长为2cm的玻璃片，设置转速为100rpm，其它条件不变，接收4h；由此，玻璃片表面会形成边长为2cm的具有定向分布的纳米纤维薄膜。

上述步骤(2)中β-ngf的浓度为100ng/ml；3d打印工艺的参数为：调节料筒温度为26℃，接收冷凝板温度为8℃，选择0.2mm针头，设置打印速度为0.5cm/s，在挤出气压为0.01kpa条件下，运行间隔为0.5mm的平行模型。

实施例4

本发明的多通道周围神经导管的一种实施例，包括外套管1和设于外套管内的具有多通道结构的填充物，多通道由水凝胶条带3间隔而成，向通道4灌注或浸润生物活性成分vegf；通道数量为58个；

外套管为纳米纤维管；外套管外直径为8.1mm，内直经为7.8mm，长度为44mm；填充物为卷曲的静电纺丝薄膜2，静电纺丝薄膜2上定向分布有纳米纤维；静电纺丝薄膜的长度为43mm，宽度为24mm；静电纺丝薄膜和外套管均采用静电纺丝工艺制备；纳米纤维管中的纳米纤维呈定向分布；

静电纺丝薄膜2中设有相互平行的水凝胶条带；水凝胶条带宽0.4mm，水凝胶条带之间间隔0.8mm；水凝胶条带与纳米纤维(或静电纺丝)平行；静电纺丝薄膜的卷曲方向与水凝胶条带的方向一致；间隔的水凝胶条带以及间隔的环形界面形成多通道(即微通道)；每条水凝胶条带上负载有100pg～10μg的vegf。

上述多通道的周围神经导管的制备方法，包括如下步骤：

(1)将pcl和ptmc(pcl和ptmc质量比为1：2)加入三氟乙醇中混合均匀，然后采用静电纺丝工艺制得具有定向分布的纳米纤维套管(即外套管)和纳米纤维薄膜(即静电纺丝薄膜)；

(2)以复合生物墨水为原料，采用3d打印工艺在纳米纤维薄膜上制得平行间隔的水凝胶条带，打印的方向与纳米纤维薄膜上的纳米纤维分布方向一致，之后uv光辐射45s，将水凝胶条带固化；其中，复合生物墨水为含有β-ngf的双键改性明胶；

(3)将步骤(2)制得的纳米纤维薄膜沿着水凝胶条带方向，向内卷曲成管状结构，然后装填到步骤(1)制备的纳米纤维套管中，形成多通道的周围神经导管。

上述步骤(1)中pcl和ptmc溶于三氟乙醇中，制得质量百分浓度为15％的溶液；

制备纳米纤维套管时，相应的静电纺丝工艺的参数为：纺丝电压为15kv，针头与接收转辊的距离为10cm，聚合物注射速度为1ml/h，利用直径为20mm的高速转辊收集，转速为1000-3000rpm，连续接收4h；

制备纳米纤维薄膜时，相应的静电纺丝工艺的参数为：相比上述参数，更换直径为20cm的圆盘接收器，圆盘的外侧粘贴一圈边长为2cm的玻璃片，设置转速为100rpm，其它条件不变，接收4h；由此，玻璃片表面会形成边长为2cm的具有定向分布的纳米纤维薄膜。

上述步骤(2)中β-ngf的浓度为100ng/ml；3d打印工艺的参数为：调节料筒温度为26℃，接收冷凝板温度为8℃，选择0.2mm针头，设置打印速度为0.5cm/s，在挤出气压为0.01kpa条件下，运行间隔为0.5mm的平行模型。

实施例5

本发明的多通道周围神经导管的一种实施例，包括外套管1和设于外套管内的具有多通道结构的填充物，多通道由水凝胶条带3间隔而成，向通道4灌注或浸润生物活性成分胶原；通道数量为75个；

外套管为纳米纤维管；外套管外直径为10.2mm，内直经为10mm，长度为50mm；填充物为卷曲的静电纺丝薄膜2，静电纺丝薄膜2上定向分布有纳米纤维；静电纺丝薄膜的长度为50mm，宽度为30mm；静电纺丝薄膜和外套管均采用静电纺丝工艺制备；纳米纤维管中的纳米纤维呈定向分布；

静电纺丝薄膜2中设有相互平行的水凝胶条带；水凝胶条带宽0.5mm，水凝胶条带之间间隔1mm；水凝胶条带与纳米纤维(或静电纺丝)平行；静电纺丝薄膜的卷曲方向与水凝胶条带的方向一致；间隔的水凝胶条带以及间隔的环形界面形成多通道(即微通道)；每条水凝胶条带上负载有100pg～10μg的胶原。

上述多通道的周围神经导管的制备方法，包括如下步骤：

(1)将壳聚糖加入三氟乙醇中混合均匀，然后采用静电纺丝工艺制得具有定向分布的纳米纤维套管(即外套管)和纳米纤维薄膜(即静电纺丝薄膜)；

(2)以复合生物墨水为原料，采用3d打印工艺在纳米纤维薄膜上制得平行间隔的水凝胶条带，打印的方向与纳米纤维薄膜上的纳米纤维分布方向一致，之后uv光辐射60s，将水凝胶条带固化；其中，复合生物墨水为含有β-ngf的双键改性明胶；

(3)将步骤(2)制得的纳米纤维薄膜沿着水凝胶条带方向，向内卷曲成管状结构，然后装填到步骤(1)制备的纳米纤维套管中，形成多通道的周围神经导管。

上述步骤(1)中特性粘度为2.05的壳聚糖溶于三氟乙醇中，制得质量百分浓度为15％的溶液；

制备纳米纤维套管时，相应的静电纺丝工艺的参数为：纺丝电压为15kv，针头与接收转辊的距离为10cm，聚合物注射速度为1ml/h，利用直径为20mm的高速转辊收集，转速为1000-3000rpm，连续接收4h；

制备纳米纤维薄膜时，相应的静电纺丝工艺的参数为：相比上述参数，更换直径为20cm的圆盘接收器，圆盘的外侧粘贴一圈边长为2cm的玻璃片，设置转速为100rpm，其它条件不变，接收4h；由此，玻璃片表面会形成边长为2cm的具有定向分布的纳米纤维薄膜。

上述步骤(2)中β-ngf的浓度为100ng/ml；3d打印工艺的参数为：调节料筒温度为26℃，接收冷凝板温度为8℃，选择0.2mm针头，设置打印速度为0.5cm/s，在挤出气压为0.01kpa条件下，运行间隔为0.5mm的平行模型。

实施例6打印有水凝胶条带的静电纺丝薄膜的定向引导效果测试

测试方法：用质量浓度为10％的水合氯醛腹腔麻醉怀孕15天的sd大鼠后，剖腹取出胎鼠，酒精冲洗消毒胎鼠。从胎鼠脊椎双侧剪下drg(dorsalrootganglion，脊神经后角的神经节细胞)并种植于本发明的卷曲前的打印有水凝胶条带的静电纺丝薄膜上，滴加少量培养基保持材料表面润湿，置于细胞培养箱(37℃，5％co2)半小时，待drg贴壁后加入培养基(neurobasal,2mmol/lb27,1％青霉素链霉素双抗，1％谷氨酰胺，30ng/ml的β-ngf)200μl，两天更换一次培养基。7天后，4℃下4％多聚甲醛中固定细胞30min，pbs冲洗3次，染色神经纤维蛋白，考察轴突生长情况。具体的方法如下：

将样品放入24孔板中，加入pbs；37℃下用5％bsa和10％山羊血清封闭drg，处理60min；弃去血清，加入一抗(anti-neurofilament200,anti-nf200)，4℃过夜；弃去一抗，依次用pbs冲洗3次，加入荧光二抗(山羊抗小鼠igg)，37℃孵化60min；弃去二抗，pbs冲洗3次后，加入dapi，37℃反应5min；弃去dapi，pbs冲洗3次后共聚焦显微镜下观察。

测试结果：结果如图2所示，静电纺丝薄膜上的纳米纤维的分布对轴突的生长具有定向引导效果，同时，水凝胶条带有利于固定轴突在一个方向上向两端生长。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。