一种快速修复周围神经损伤的新方法

【字体: 时间:2021年07月22日 来源:Advanced Functional Materials

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  外周神经损伤后阻碍最佳再生的主要问题之一是切断神经内的轴突难以再生并达到其目标。这可能部分归因于错误的轴突向多个方向发芽,减少了到达目标器官的可能性。以色列巴伊兰大学(Bar-Ilan University)的研究人员发明了一种新技术,用含有物理和化学成分的凝胶填充神经导管,促进和排列轴突再生。


  

每年,世界各地有数十万人遭受周围神经损伤的折磨,这往往会导致他们长期残疾。外周神经系统类似于循环系统;一个血管网络可以到达身体的各个部位,但不是血液流经血管,而是电信号通过一种叫做轴突的细纤维传播信息,轴突被吞没在神经干中。这些神经干是通信网络,将身体各部位的信息传递给大脑,协调活动,并产生运动和感觉功能。如果一条神经干受损或撕裂——肢体受伤的一种常见情况——患者可能会经历疼痛、瘫痪甚至终身残疾。

在这种情况下,需要手术干预来修复受损的神经。标准的治疗方法是直接缝合分离的神经,或者在神经干间隙较大的情况下,外科医生从患者的腿部转移完整的神经干,并将其植入损伤部位,从而造成另一部位(即腿部)的损伤。今天,有一些方法可以重新连接神经干,使轴突再生,恢复运动和感觉功能。其中一种方法是植入一种人造的空心神经导管,旨在弥合这种间隙,使神经愈合而不会对患者造成二次损伤。

阻碍最佳再生的主要问题之一是切断神经内的轴突难以再生并达到其目标。这可能部分归因于错误的轴突向多个方向发芽,减少了到达目标器官的可能性。Bar-Ilan大学Kofkin工程学院、纳米技术和先进材料研究所、Gonda (Goldschmied)多学科大脑研究中心的Orit Shefi教授和她实验室的研究人员Merav Antman-Passig博士说:“这些指导指令需要在体内停留一段时间,因为轴突的生长相当缓慢。”

由Antman-Passig博士和Jonathan Giron博士领导开发的一项技术,被用来用含有多种物理和化学成分的凝胶填充神经导管,这些成分可以促进和排列轴突再生。他们的技术最近发表在《Advanced Functional Materials》杂志上。

研究人员用工程排列的胶原蛋白凝胶填充空心神经导管。在人体中,对齐的胶原纤维有助于轴突寻路,但是,在今天可用的中空神经向导中,对齐的胶原纤维是缺失的。排列的胶原凝胶充当轴突的支架,指导轴突的生长。此外,这些导管还含有一种叫做神经生长因子(NGF)的物质,顾名思义,这种物质对神经系统的生长至关重要。Antman-Passig博士解释说:“想象一下,我们在凝胶中植入引导线索,这些引导线索是排列在一起的胶原纤维,这些引导线索也会对生长中的轴突产生影响,就像鱼饵一样,整齐地分散在生长中的轴突上。”Shefi教授补充说:“到达凝胶的轴突遵循这些线索,更容易找到正确的方向。事实上,这个新系统结合了几种神经再生技术。轴突喜欢向这些可以留给它们的标记生长,如胶原支架和神经生长因子。我们的方法的新颖之处在于,它是一种有组织的类似组织的凝胶,它包含了帮助恢复神经的成分,特别是在延长凝胶在体内的活动时间方面。如果胶原蛋白和神经生长因子只是简单地加入到中空的神经导管中,就像真正的诱饵一样,不同的细胞会消耗它们,并将它们分解。短时间后,生长中的轴突就没有这些路标了。在我们开发的方法中,我们延长了这些因子在再生过程中可接近轴突的时间。我们通过结合ngf涂层的磁性粒子,通过磁性排列策略将其排列到正确的结构中。这也创造了粒子和胶原蛋白的排列。”

在表征了凝胶成分后,研究人员将它们植入神经导管,并检测了它们的生长方向和平台的功效。研究人员测量了细胞生长的方向,发现在将胶原蛋白和NGF涂层颗粒结合在一起的凝胶的帮助下,他们能够指导和促进细胞的生长。随后,他们研究了导管在坐骨神经周围神经损伤大鼠康复中的作用,这些损伤使大鼠无法正常行走。与空管相比,穿透新型凝胶管并成功穿过损伤区域的轴突数量更多,因此神经组织的恢复程度最高。研究人员发现,与使用其他类型的导管和未富集的凝胶导管相比,植入这些导管并使用工程胶原蛋白凝胶后,功能运动恢复效果最高。

研究人员现在正在探索商业化的选择,希望能帮助功能恢复和加速损伤后的神经修复。

Magnetic Assembly of a Multifunctional Guidance Conduit for Peripheral Nerve Repair

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