分區(qū)域含有定向軸突的組織工程脊髓的制作方法
【專利說明】
所屬技術領域
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[0001]本發(fā)明涉及一種用于修復脊髓損傷的組織工程脊髓，尤其是按照不同區(qū)域含有上行或下行軸突的組織工程脊髓。
【背景技術】
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[0002]神經細胞/神經元屬于永久性細胞，缺乏再生能力，因此脊髓損傷，尤其是脊髓橫斷傷的病人難以自行恢復正常的脊髓功能。在脊髓損傷修復研究領域，人們嘗試構建人工脊髓支架材料并復合神經營養(yǎng)因子及種子細胞來修復脊髓損傷，其基本原理是:移植的人工支架材料能為脊髓修復相關的細胞提供適宜的生長環(huán)境，促進支架材料內種子細胞(關鍵是神經細胞)的生長分化及宿主脊髓斷端神經元軸突的再生，以類似中繼站的作用將宿主損傷平面上下神經網絡重新連接起來。
[0003]神經元是一種極化的細胞，形態(tài)上主要由胞體(包括樹突)和由胞體發(fā)出的一根長軸突組成。正常情況下脊髓內的神經傳導通路要經歷一次到數(shù)次神經元換元，換元時，上位神經元的軸突與下位神經元的胞體或樹突相連，換元后的神經元軸突與換元前的神經元軸突在方向上保持一致。
[0004]然而，經查閱各類與脊髓損傷修復有關的人工支架材料的專利及文獻報道，我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)存的支架材料即便是分區(qū)式組織工程脊髓也只是在上、下行神經纖維束的分布區(qū)域設置了縱向導管，而無法控制導管內神經細胞所發(fā)出軸突的方向，即縱向導管內的神經細胞會向上或向下隨機的長出軸突。如導管內神經細胞所發(fā)出的向上生長的軸突可能與宿主下行神經細胞軸突相連，而這種連接方式是不能行使其正常功能的。并且由于種植的神經細胞在整個立體支架材料中均勻分布，這會導致上、下行神經傳導通路在支架材料內多次換元并發(fā)生軸突方向性錯誤匹配，使神經信號不能有效的傳導，修復效果大打折扣。

【發(fā)明內容】

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[0005]為了克服現(xiàn)有組織工程脊髓中神經細胞軸突在生長方向上的隨機性和神經細胞換元次數(shù)過多的不足，本發(fā)明提供了一種新型的組織工程脊髓，該組織工程脊髓能按區(qū)域控制神經細胞所發(fā)出軸突的方向，且能大大減少材料中神經細胞換元次數(shù)。
[0006]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:將支架材料按照軸突走向劃分出上行區(qū)域和下行區(qū)域。下行區(qū)內神經細胞將被種植在支架材料的上端，軸突上行區(qū)內的神經細胞將被種植在支架材料的下端。同時我們會在與細胞相對的材料另一端置入緩釋軸突導向因子(例如FGF-2、FGF-8、netrin-l等)的材料，誘導神經細胞發(fā)出的軸突朝著軸突導向因子所在的方向生長。體外培養(yǎng)一段時間，待神經細胞在支架材料內定向長出一定長度的軸突后，我們再將這種含有定向軸突的支架材料移植到脊髓損傷的生物體內。當宿主神經細胞軸突長入我們的支架材料內，無需經歷長距離的生長即可與位于材料上端或下端的神經細胞胞體或樹突建立連接，材料內換元后的神經細胞會以同向性軸突與宿主下級神經胞體或樹突建立連接。由此我們能有效的將上、下行神經通路按照原本的方向重新聯(lián)通，達到修復脊髓損傷的目的。
[0007]本發(fā)明的有益效果是:模擬生理狀態(tài)神經傳導通路的方向性，并以較少的神經細胞換元次數(shù)完成橫斷脊髓的連接修復。從而保證移植的組織工程材料與宿主脊髓整合后神經信號傳遞的穩(wěn)定性和準確性，促進脊髓功能的恢復。
【附圖說明】
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[0008]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0009]圖1是本發(fā)明的單個縱向導管及其內部結構模式圖。
[0010]圖2是本發(fā)明的一個實施例的橫截面模式圖。
[0011]圖3是圖2的I—I剖視圖。
【具體實施方式】
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[0012]在圖1中，神經細胞⑴被種植在導管⑷的一端，含軸突導向因子的材料⑶存在于導管⑷的另一端，在體外培養(yǎng)過程中，由胞體⑴發(fā)出的軸突⑵會向著軸突導向因子存在的方向定向生長。為保證軸突導向因子在導管內形成向胞體端遞減的濃度梯度，含軸突導向因子的材料(3)最好選擇緩釋材料(本實施例中我們選擇明膠海綿)。
[0013]在圖2所示實施例中，組織工程脊髓支架材料按照對應的脊髓節(jié)段標出灰質的范圍(9)，而白質部分包含上行和下行兩大區(qū)間，其中上行區(qū)和下行區(qū)可按照需要被進一步細分，在本實施例中，我們將上行區(qū)進一步劃分為模擬薄束楔束的后上行區(qū)(5)以及模擬脊髓丘腦束的側上行區(qū)￠)，而下行區(qū)被進一步劃分為模擬皮質脊髓前束的前下行區(qū)(8)和模擬皮質脊髓側束的側下行區(qū)(8)。
[0014]圖3所示的實施例展示了圖2的1-1剖視圖，后上行區(qū)(5)和前下行區(qū)⑶內包含許多縱向導管(16)，我們首先將神經細胞平鋪在薄層的凝膠狀物質(matrigel)上培養(yǎng)，待細胞貼附穩(wěn)定后，將含有單層神經細胞的matrigel層(12)輕輕取下，覆蓋填塞在后上行區(qū)(5)的底部，同時將含有軸突導向因子的明膠海綿層(10)覆蓋填塞在后上行區(qū)(5)的頂部。而在前下行區(qū)(8)，含有單層神經細胞的matrigel層(13)覆蓋填塞在其頂部，含有軸突導向因子的明膠海綿層(11)覆蓋填塞在其底部。將支架材料側向靜置于培養(yǎng)液中培養(yǎng)一段時間(4-7天)，位于后上行區(qū)(5)底部的神經細胞向上長出軸突(14)，而前下行區(qū)(8)頂部的神經細胞向下長出軸突。
【主權項】
1.一種分區(qū)域組織工程脊髓，由生物相容性支架材料、細胞因子和種植在支架材料中的種子細胞構成，并劃分為白質與灰質區(qū)，在白質區(qū)內按照上行纖維束和下行纖維束的形態(tài)范圍設置縱向導管。其特征是:上行區(qū)和下行區(qū)縱向導管內包含由神經細胞所發(fā)出的定向軸突。2.根據(jù)權利要求1所述的組織工程脊髓，其特征是上行區(qū)的神經細胞集中于導管的底部，吸附有軸突導向因子的材料置于導管的頂部。3.根據(jù)權利要求1所述的組織工程脊髓，其特征是下行區(qū)的神經細胞集中于導管的頂部，吸附有軸突導向因子的材料置于導管的底部。4.根據(jù)權利要求1所述的組織工程脊髓，其特征是材料上、下行區(qū)內的神經細胞呈單層排布。
【專利摘要】一種分區(qū)域含有定向軸突的組織工程脊髓，能按區(qū)域控制支架材料內神經細胞所發(fā)出軸突的方向，且能大大減少支架材料中神經細胞換元次數(shù)。上行區(qū)內的神經細胞呈單層分布于支架材料的底部，吸附有軸突導向因子的物質置于支架材料的頂部；下行區(qū)內的神經細胞呈單層分布于支架材料的頂部，吸附有軸突導向因子的物質置于導管的底部。經培養(yǎng)，上行區(qū)的神經細胞會向上長出軸突，而下行區(qū)的神經細胞會向下長出軸突。因此本發(fā)明可以模擬生理狀態(tài)神經傳導通路的方向性，并以較少的神經元換元次數(shù)完成橫斷脊髓的連接修復。從而保證移植的組織工程脊髓與宿主脊髓整合后神經信號傳遞的穩(wěn)定性和準確性，促進脊髓功能的恢復。
【IPC分類】A61L27/50, A61L27/54, A61L27/22, A61L27/38
【公開號】CN105709278
【申請?zhí)枴緾N201510224166
【發(fā)明人】周晗
【申請人】周晗