导电神经导管生物材料的制备与表征开题报告

 2020-02-10 10:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

1.1 周围神经损伤和组织神经工程系统

随着机械化产业和公共交通的发展,周围神经损伤的案例逐年增多,周围神经损伤的修复的问题亟待解决。目前传统的自体神经与异体神经移植是临床治疗周围神经缺损的常用方案,然而其本身的局限性极大的限制了它们的广泛应用。因此,修复周围神经损伤成为科研工作的难点。

目前,组织神经工程系统兴起为周围神经损伤的修复提供了新的方向。组织神经工程系统主要是利用神经导管(Nerve guidance conduit, NGC)与细胞、因子的协同作用以修复损伤神经。神经导管主要是人工制备的一个直径长度与缺损神经相匹配的管状支架,起到引导神经再生的作用。缺损神经在神经导管上的修复过程主要可以分为三个阶段(见图1.1):①首先,巨噬细胞迁移进入神经断点,雪旺细胞在神经导管的表面支撑物上迁移和增殖,最终形成Bungner带;②然后,雪旺细胞在增殖的过程中不断产生相应的神经生长因子和细胞外基质;③神经生长因子可以刺激轴突的再生和延长,它是以近侧残端为起点向着远端残端逐渐再生的过程。最后,新的轴突不断延长,直到与远端残端接触,从而实现神经的再生和功能的恢复。

图1.1神经在人工导管上修复的示意图

由此可见,组织神经工程系统中较为核心的是神经导管的构建。本课题通过改变材料组成、结构及各成分含量,构建特定的三维结构的支架从而获得较适宜的力学性质、降解率、孔隙率、渗透率和表面形状,可接纳再生轴突长入,对轴突起机械引导作用,并可以引入神经营养因子和干细胞至导管腔内,形成复合的神经导管,满足不同类型神经损伤的需要。

1.2电刺激信号与导电高分子材料

在神经缺损前期,由于其神经功能恢复有限,往往会导致骨骼肌萎缩,临床上电刺激常常被用来刺激损伤的周围神经,一方面促进周围神经再生,另一方面防治骨骼肌失神经萎缩。同时,由于神经本身就具备电信号传导的作用,给予外界的电刺激能够显著提高神经的再生与恢复。国内外许多实验均证实了电刺激能够促进周围神经修复的作用。尽管电刺激促进神经再生的机制尚且不明确,但是基本可以归纳为以下几点:促进SC细胞的迁移、增殖和发育,促进了SC细胞分泌大量的NGF因子达到促进轴突延伸的作用;电场的作用可以对轴突中的微管蛋白、微丝蛋白有趋化导向作用,这提高了神经再生的速率;电刺激亦可能促进毛细血管再生,进而促进周围神经再生。关于电刺激的研究通常会伴随着导电神经导管支架的研究,本课题将导电高分子材料与生物活性材料相结合制备导电神经导管支架,并结合电刺激应用于神经组织工程上。

导电高分子材料,作为一种新型的有机材料,在20世纪70年代被首次合成成功。研究报道指出,电刺激可以促进细胞在导电材料表面更好的增殖与分化,从而促进组织的再生与修复,这包括神经、骨骼、心脏和肌肉组织等。其中,由于神经本身对电信号较为敏感,导电材料可应用于神经修复。

目前,新型的具备导电性生物材料主要包括碳纳米管、氧化石墨烯、聚苯胺(PANI),聚毗咯(Ppy)和聚(3, 4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)

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