一种快速成型的脊髓微导管支架及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明创造涉及一种快速成型的脊髓微导管支架及其制备方法。
【背景技术】
[0002]长期以来，脊髓损伤后导致的肢体功能障碍始终是医学界难以解决的一个难题。目前，其治疗策略是促使及引导近端脊髓神经轴突生长跨越损伤段，使其与远端相连，同时抑制脊髓损伤后产生的不利的病理生理反应，如远端的华勒氏变性。1944年Weiss等提出了无缝线导管化的方法修复神经损伤的概念。根据这个概念，之后的学者们利用组织工程化、有生物活性的神经替代物，即神经导管，替代来源有限的自体神经移植修复周围神经缺损。但是，由于脊髓其本身结构及功能的特殊性，脊髓损伤修复方面的研究仍难以取得较大突破。近几年来，随着组织工程学的不断进展，新材料、新工艺的不断涌现，使得脊髓损伤修复出现新的希望。
[0003]脊髓损伤存在轴突破坏，但是当神经内膜的连续性完整无损(例如挤压伤)的时候，轴突在原来的基膜内再生，并且可以彻底痊愈。但是至今还无法用肉眼或仪器设备去正确地分辨脊髓神经的运动神经束和感觉神经束，所以无法人为地通过手术的方法去正确地实现同类神经束的吻合修复，结果常常造成神经束之间重叠、扭曲、偏位和滑脱，以及吻合口部结缔组织增生等阻碍近端轴突再生和恢复不良等后果。对于断端间有缺损的损伤，由于断端神经胶质细胞的增生和外周神经结缔组织的增生会形成瘢痕组织，从而阻碍再生神经纤维的向前增长，使再生纤维达不到原位而失去功能。因此为防止过多的结缔组织在两断端间生长、必须移植他物填充或进行桥接诱导修复。
[0004]目前，构建人工脊髓的支架材料按来源可分为两大类: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虽然能为神经再生起到通道作用，但由于他们不能在体内被降解和吸收，阻碍近端轴突再生和导致恢复不良。所以选择制备脊髓神经微导管的材料趋向于生物可降解型材料。由于脊髓组织的软组织特性，用于植入脊髓的支架材料常选用含水量高，且力学特性类似脊髓的材料(Zhong Ying-hui，BellamkondaRV.B1materials for the central nervous system.J R Soc Interface, 2008, 5(26):957-975)。同时，支架材料的生物相容性和细胞粘附能力至关重要，天然高分子材料或者天然高分子对合成高分子进行改性后的材料用作支架材料便成为理想的途径之一。
[0005]对脊髓微导管支架结构功能优化也尤为重要。Williamst研究证明结构一致的纤维能定向引导神经突末梢运动。而细胞外基质地貌特征如凹槽、隆起、纤维等，不仅能直接使沿基质生长的细胞呈现拉长的双极形态，而且也能促进细胞定向迀移(CurtisAS.Small is beautiful but smaller is the aim:review of a life of research.EurCell Mater, 2004, 22(8):27-36.)。基于此基础，已有研究者将多种材料制作成仿生支架用于脊髓损伤修复研究。Matsumoto 和曹谊林(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多丝手术缝合线编织成中空管作为神经导管，在导管内嵌入可吸收导线，从而使再生轴突从总体上沿导线、导管定向生长，避免了神经瘤的形成。Pennings设计了具有不同孔径分布的双层结构神经导管，以PCL-LA为内层，外层是HJ/PLA共混物，用这种神经导管桥接再生效果与自体神经移植一样。
[0006]但是，以目前工艺制备的神经导管不仅神经功能的修复效果有限，而且，其空间结构与在体脊髓有较大差距。因此设计出模拟体内细胞微环境所需的三维结构支架，这样会更有利于细胞存活、增殖、迁移和分化(Peter XM.B1mimetic materials for tissueengineering.Adv Drug Delivery Rev.2008 ；60 (2):184-198)0
[0007]快速成型技术在上世纪末期诞生，是增材技术基础上的材料堆积技术。该技术集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一体，能快速直接精确地将设计模型转化为事先设计的模型或模具，从而为复杂零件模型制备、零件设计、特殊构思验证等方面提供高效低成本的技术手段。而低温快速成型技术是根据所设计或扫描物件的三维信息，在计算机软件及电机精确调控下，用精密金属针头与材料的特定位移关系，迅速打印出特定三维结构，利用材料低温成型特性在低温下迅速凝固并实现自动粘接和堆积，逐层堆积最终形成目标物价。材料的低温成型环境温度控制在-30°C _5°C。颜永年教授等利用该技术可制备出孔径为100?200 μm的交错贯通的组织工程三维支架。李瑞欣等利用PLLA/壳聚糖/羟基磷灰石等材料制成的支架具有良好的生物相容性，力学性能和可降解特性。
【发明内容】
[0008]本发明创造要解决的问题是，提供一种基于脊髓神经电生理天然结构的一种快速成型的脊髓微导管支架及其制备方法。
[0009]为解决上述技术问题，本发明创造采用的技术方案是:一种快速成型的脊髓微导管支架，包括椭圆柱型的微导管支架本体，所述微导管支架本体内部设有用于生长皮质脊髓束、薄束、楔束和脊髓丘脑束的空心区域；所述空心区域包括第一支架区域、第二支架区域和第三支架区域；所述微导管支架本体上半部中心设有用于生长薄束、楔束的第一支架区域；所述第一支架区域的左右各设有一用于生长皮质脊髓束、脊髓丘脑束的第二支架区域；所述第一支架区域下方设有第三支架区域；所述脊髓微导管支架外径为2.5-3.5mm，壁厚0.1-1.0mm ;所述第三支架区域的直径在200-400 μ m，第三支架区域用于精度的控制。
[0010]进一步，所述脊髓微导管支架内外可用于贴服或融合细胞或生长因子。
[0011]优选的，所述细胞包括神经干细胞、神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞、小胶质细胞、嗅鞘细胞、血管内皮细胞、骨髓间充质干细胞、脂肪干细胞、成纤维细胞、脐带间充质干细胞中的一种或几种。
[0012]优选的，所述生长因子包括神经生长因子3 (NT-3)、神经生长因子(NGF)、脑源性生长因子(BDNF)、神经营养因子-3 (NT-3)、表皮细胞生长因子(EGF)、碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)和血小板源性神经营养因子(I3DGF)中的一种或多种。
[0013]进一步，所述脊髓微导管支架内径表面的细胞密度为I X 16— I X 10s/ml。
[0014]进一步，所述脊髓微导管支架内径表面生长因子的浓度为10 μ g/g — 20mg/g。
[0015]进一步，所述脊髓微导管支架的生物材料为在37°C，体内热稳定维持3个月的、可降解的生物材料。
[0016]本发明还提供一种脊髓微导管支架的制备方法，包括如下步骤:
[0017](I)根据天然大鼠脊髓神经结构设计脊髓微导管支架3D模型；将髓微导管支架3D模型导入3D生物打印机中；
[0018](2)将生物材料的溶液置于3D生物打印机的打印机材料储存器中；
[0019](3)设置打印机参数，生物打印机针头直径为60— 200 μ m，针头数量为8 — 20个，针头到基底打印层为100—300 μ m，打印速度5-10mm/秒，打印间隙为100 μ m— 400 μ m，温度设置为_30°C — 5°C ；
[0020](4)打印得脊髓微导管，将脊髓微导管常规消毒净化，置入含有细胞或生长因子的培养液培养4-12天；
[0021](5)将含有细胞或生长因子的已成熟脊髓微导管置入脊髓损伤处，形成脊髓微导管支架。
[0022]优选的，所述生物材料为胶原、丝素蛋白、羟基磷灰石、聚乳酸、壳聚糖、海藻酸钠、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、明胶、水凝胶中的一种或几种复合物。
[0023]进一步，所述生物材料的降解溶剂为醋酸、柠檬酸、乙二醇中的一种或几种混合物。