人工神經移植物絲素蛋白導管的生物相容性的初步研究

吳 堅 嚴小莉 趙亞紅 楊宇民

人工神經移植物絲素蛋白導管的生物相容性的初步研究

吳 堅 嚴小莉 趙亞紅 楊宇民

目的初步探討人工神經移植物絲素蛋白導管的生物相容性。方法將絲素蛋白導管植入兔子皮下，術后4周、8周、12周、24周取材，切片，HE染色，觀察局部組織反應。結果大體觀察和組織切片觀察，局部組織反應輕，纖維包裹逐漸變薄，絲素蛋白導管至24周完全降解。結論絲素蛋白導管有良好的生物相容性和可降解性，是理想的人工神經移植物。

絲素蛋白導管生物相容性人工神經移植物

蠶絲擁有良好的機械特性和柔韌度，在臨床上很早就用作縫合材料[1-4]。已知天然蠶絲是由絲素蛋白和外面包裹的絲膠蛋白構成的，而絲膠蛋白就是引起機體免疫反應的根源[5-7]。顧曉松等[8]用Na2CO3煮沸去除絲膠，將剩下的絲素蛋白溶解，再制成絲素蛋白導管，并首次應用于外周神經的修復，取得了良好的效果。在體外與大鼠背根節共培養時，絲素纖維體現出了良好的生物相容性，同時有利于雪旺氏細胞的生長，對雪旺氏細胞不產生毒副作用，也不改變其功能特征[9]。但是在體內情況如何？是否會引起不良反應？本實驗按照國家標準，將絲素蛋白導管植入兔皮下，觀察植入后不同時間點的局部組織反應。

1 材料和方法

1.1 絲素蛋白導管的準備

將本實驗室研制的絲素蛋白導管分成每個10 mm長，稱重保證重量一致，消毒滅菌備用。

1.2 實驗動物及分組

成年新西蘭大白兔4只，皮下植入絲素蛋白導管，植入后4周、8周、12周、24周取材，每個時間點取材6個。

1.3 皮下植入手術

3%戊巴比妥鈉注射（1.2 mL/Kg），麻醉后兔俯臥位，在背部中心部位備皮（8 cm×14 cm），常規消毒鋪巾。在兩側距脊柱2 cm處各做3個5 mm長的切口，每個切口間相距4 cm，分開筋膜后鈍性分離，共造成6個深3 cm的皮囊，各植入一個10 mm長的絲素蛋白導管，皮膚縫合。術后常規飼養。

1.4 形態學觀察

分別于術后4周、8周、12周、24周取材并拍照。取材后常規甲醛固定，30%蔗糖脫水，冰凍切片，HE染色，顯微鏡下觀察并拍照。

2 結果

2.1 一般情況

所有動物術后無明顯異常，手術傷口均Ⅰ期愈合，切口周圍無紅腫、出血、感染、硬結等。

2.2 移植物大體觀察

4周、8周、12周、24周取材時，絲素蛋白導管周圍未見組織壞死、化膿和出血。隨著時間的延長，植入物體積逐漸變小，至24周時已基本消失（圖1）。

圖1 絲素蛋白導管移植術后大體照片

圖2 絲素蛋白導管（HE染色）

2.3 移植物組織學觀察

我們將絲素蛋白導管取出后，切片，HE染色，鏡下觀察。4周時，材料周圍可見少量中性粒細胞、淋巴細胞浸潤，可見單核巨噬細胞及吞噬了顆粒的吞噬細胞，管子周圍包裹著薄層結締組織；8周時，材料周圍淋巴細胞、吞噬細胞明顯增多，導管端有纖維結締組織和血管長入，絲素蛋白導管管壁較4周時疏松，管子周圍的纖維結締組織包裹明顯變薄；12周時，仍可見大量淋巴細胞、吞噬細胞，而導管管壁更加疏松，管腔內已充滿長入的機體組織和大量的新生血管，管周的纖維包裹進一步變薄。各時間點與材料接觸的組織均無變性壞死（圖2）。24周由于絲素蛋白導管已被完全降解吸收，所以沒有獲得組織切片。

3 討論

生物材料或合成材料植入機體后，局部組織對異物會產生防御性反應。植入組織周圍會出現炎性浸潤，即白細胞、淋巴細胞和巨噬細胞等的聚集。如果植入材料有毒物滲出，炎性反應加劇，嚴重時會造成組織壞死。如果植入物長期不能降解，就會被淋巴細胞、成纖維細胞和膠原纖維包裹，形成纖維性包膜囊。如果材料性能穩定且沒有毒物滲出，在6個月或更長時間內，纖維包囊會變薄，囊壁中淋巴組織消失。

作為人工神經移植物植入體內，首先不能引起免疫排異反應，且應具有一定的抗壓性，能維持管形不塌陷，不妨礙神經組織在管內的生長，最后材料本身可被逐漸降解和吸收，并最終從植入部位消失。

絲素蛋白導管植入兔子體內后，沒有明顯的排異反應，炎癥反應不明顯，組織細胞在材料上正常貼壁、增殖和遷移生長，與材料緊密相接，周圍組織無變性壞死。隨著時間的延長，材料外的纖維性包膜囊逐漸變薄，而且材料也逐漸被降解和吸收，材料降解產物對周圍組織無損害作用，至24周時絲素蛋白導管已基本消失。作為導管，在4周和8周時仍能維持管形，內有空腔，12周雖然見不到管腔，實則為管腔被長入腔內的機體組織所占據，纖維結締組織和大量血管的長入也說明絲素蛋白導管非常適合機體組織的生長，而大量新生血管的長入不僅有利于植入材料的吸收和降解，作為神經導管移植物也能為再生神經提供營養，從而有利于神經組織的再生。

本實驗的結果表明，絲素蛋白導管植入兔子皮下局部反應輕，有良好的生物相容性和生物可降解性，降解速度適宜，而且絲素蛋白導管具有良好的抗壓性，能夠長時間維持管形，有利于再生神經的長入，不會對再生神經造成擠壓。因此，絲素蛋白導管能夠作為理想的人工神經移植物引導神經生長。

[1]Moy RL,Lee A,Zalka A.Commonly used suture materials in skin surgery[J].Am Fam Physician,1991,44:2123-2128.

[2]Minoura N,Aiba S,Gotoh Y,et al.Attachment and growth of cultured fibroblast cells on silk protein matrices[J].J Biomed Mater Res,1995,29:1215-1221.

[3]Gosline JM,DeMont ME,Denny MW.The structure and properties of spider silk[J].Endeavour,1986,10:37-43.

[4]Kaplan DL,Mello SM,Arcidiacono S,et al.Protein basedmaterials [M].Boston:Birkhauser,1998,103-131.

[5]Wang Y,Kim HJ,Vunjak-Novakovic G,et al.Stem cell-based tissue engineering with silk biomaterials[J].Biomaterials,2006,27 (36):6064-6082.

[6]Salthouse TN,Matlaga BF,Wykoff MH.Comparative tissue response to six suture materials in rabbit cornea,sclera,and ocular muscle[J].Am J Ophthalmol,1977,84(2):224-233.

[7]Salthouse TN.Biologic response to sutures[J].Otolaryngol Head Neck Surg,1980,88(6):658-664.

[8]Yang Y,Ding F,Wu J,et al.Development and evaluation of silk fibroin-based nerve grafts used for peripheral nerve regeneration [J].Biomaterials,2007,28(36):5526-5535.

[9]Yang Y,Chen X,Ding F,et al.Biocompatibility evaluation of silk fibroin with peripheral nerve tissues and cells in vitro[J]. Biomaterials,2007,28:1643-1652.

Preliminary Study on the Biocompatibility of the Silk Fibroin Conduits-Based Nerve Grafts

WU Jian,YAN Xiaoli, ZHAO Yahong,YANG Yuming.
Jiangsu Key Laboratory of Nerve Regeneration,Nantong University,Nantong 226001,China.. Corresponding author:YANG Yuming.

ObjectiveTo evaluate the biocompatibility of the silk fibroin-based nerve grafts in vivo.MethodsSilk fibroin conduits were subderma implanted,harvested at 4,8,12,and 24 weeks after operation and processed for histologic analysis.ResultsThere was mild inflammatory reaction at the implant sites.Silk fibroin conduits were completely absorbed after 24 weeks.ConclusionSilk fibroin conduit had an excellent compatibility and suitable degradable properties to be used for peripheral nerve regeneration.

Silk fibroin;Conduit;Biocompatibility;Artificial nerve grafts

R392-33

A

1673－0364（2009）－02－0086－03

2009年2月16日；

2009年3月21日)

10.3969/j.issn.1673-0364.2009.04.007

國家自然科學基金（30770585），國家教育部“新世紀優秀人才支持”項目（NCET-07-0466），江蘇省高校自然科學重大基礎研究項目（07KJA31025）。

226001江蘇省南通市南通大學神經再生重點實驗室。

楊宇民。