用于修复神经缺损的磁性3D凝胶导管及其制备方法和用途

摘要

本发明公开了用于修复神经缺损的磁性3D凝胶导管及其制备方法和用途，按重量份数计，由下列组分组成：97‑99份海藻酸/壳聚糖混合物，0.8‑1.5份Fe3O4，0.8‑1.5份GO，磁性3D凝胶导管为螺旋形结构，螺距为30μm‑60μm，导管内径为1 mm‑8 mm，导管外径为2 mm‑10 mm。磁性3D凝胶导管的制备方法，其包括如下步骤：纺丝液的制备：将海藻酸/壳聚糖混合溶液、Fe3O4分散液和GO分散液混合并常温超声获得纺丝液；磁性3D凝胶导管的制备：将所述纺丝液由主液相流入通道泵入微流控芯片，将氯化钙溶液和无水乙醇分别由不同的副液相通道泵入微流控芯片，调节纺丝液、氯化钙和无水乙醇的泵入速度，制得磁性3D凝胶导管。本发明采用微流控技术，制备导管能够安全有效的促进周围神经缺损的快速修复。

说明书

技术领域

本发明涉及属于生物医用材料领域，具体涉及一种用于修复神经缺损的磁性3D凝胶导管及其制备方法和用途。

背景技术

神经周围发生损伤后，自身再生修复能力差，尤其是长段神经缺损。目前临床修复长段神经缺损的金标准是自体神经移植，此外还有断端缝合、异体移植等，其修复效果均不理想，且伴有多种并发症，如：自身神经移植导致神经供区失神经性功能障碍，断端缝合造成神经断端张力过大继而导致继发性神经坏死，移植排斥等。神经组织工程学是神经组织学和材料工程学相结合的产物，为组织工程学的重要分支，种子细胞、支架材料和细胞因子是其主要的研究内容，其目的是综合采用神经组织和材料学的相关技术，构建人工“神经假体”，以促进周围神经缺损的快速修复。但是，目前所构建的人工“神经假体”修复效果不理想，具体表现在：①难以实现大段缺损（≥3 cm）的组织学修复；②再生的神经功能不佳；

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种用于修复神经缺损的磁性3D凝胶导管及其制备方法和用途，采用了微流控技术，制备的磁性3D凝胶导管应用于神经缺损修复，促进周围神经缺损的快速修复。

本发明通过下述技术方案实现：用于修复神经缺损的磁性3D凝胶导管，按重量份数计，由下列组分组成：97-99份海藻酸/壳聚糖混合物，0.8-1.5份Fe

进一步，按重量份数计，由下列组分组成：98份海藻酸/壳聚糖混合物，1份Fe

进一步，所述磁性3D凝胶导管为螺旋形结构，螺距为30 μm-60 μm，导管内径为1mm-8 mm，导管外径为2 mm-10 mm，导管的内外径由所桥接神经直径决定。

进一步，螺距为45μm，导管内径为1.5 mm，导管外径为2.5 mm。

磁性3D凝胶导管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

纺丝液的制备：将海藻酸/壳聚糖混合溶液、Fe

磁性3D凝胶导管的制备：将所述纺丝液由主液相流入通道泵入微流控芯片，将氯化钙溶液和无水乙醇分别由不同的副液相通道泵入微流控芯片，调节纺丝液、氯化钙和无水乙醇的泵入速度，制得磁性3D凝胶导管。

进一步，所述纺丝液的制备步骤中，按照重量份数计，98.5-99.5份海藻酸/壳聚糖混合溶液、0.1-0.15份Fe3O4分散液（5 mg/ml）和0.05-0.075份GO分散液（10 mg/ml）混合，然后常温下超声分散5-10 min获得纺丝液。

进一步，按照重量份数计，99份海藻酸/壳聚糖混合溶液、0.1份Fe

进一步，所述海藻酸/壳聚糖混合液的制备方法为：将海藻酸钠、水溶性壳聚糖和去离子水按重量份数比1：4：495混合，30℃搅拌30 min，制得海藻酸/壳聚糖混合溶液；Fe

进一步，所述的纺丝液的泵入速度为40-60mL/h；所述的氯化钙溶液的泵入速度为30-50mL/h；所述的无水乙醇的泵入速度为30-40mL/h。

一种磁性3D凝胶导管的用途，将磁性3D凝胶导管用作神经缺损修复材料。

上述至少包括以下优点：

1、本发明一种用于修复神经缺损的磁性3D凝胶导管及其制备方法和用途，该导管中的Fe

2、本发明一种用于修复神经缺损的磁性3D凝胶导管及其制备方法和用途，导管含有的GO能够传导神经轴突本身的电信号刺激，从而诱导神经定向延伸，减少神经瘤的形成；

3、本发明一种用于修复神经缺损的磁性3D凝胶导管及其制备方法和用途，导管螺距为30μm~60μm，该规格孔隙不仅能保证营养物质和代谢废物的交换还能有效阻止神经断端周围组织长入断端阻碍神经组织再生，从而为神经再生提供较理想的空间保障；

4、本发明一种用于修复神经缺损的磁性3D凝胶导管及其制备方法和用途，该导管具有良好的机械性能，其抗压强度为0.8-1.2 MPa，既能为神经再生提供有效的空间支撑又保证了与神经组织良好融合所需的韧性；

5、本发明一种用于修复神经缺损的磁性3D凝胶导管及其制备方法和用途，该导管作为水凝胶生物材料本身能够与生物组织良好的融合，减少炎症反应，加速组织再生与修复，其含水量为55%-75%。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明主视图；

图3为本发明切面视图；

图4为本发明侧视图；

图5为本发明细胞数量检测图；

图6为本发明动物实验图；

图7为本发明组织学染色图；

图8为本发明β免疫组化染色图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

在一个实施例中，如图1-4所示，本发明用于修复神经缺损的磁性3D凝胶导管，按重量份数计，由下列组分组成：97-99份海藻酸/壳聚糖混合物，0.8-1.5份Fe

在一个实施例中，按重量份数计，由下列组分组成：98份海藻酸/壳聚糖混合物，1份Fe

在一个实施例中，所述磁性3D凝胶导管为螺旋形结构，螺距为30 μm-60 μm，导管内径为1 mm-8 mm，导管外径为2 mm-10 mm。

在一个实施例中，螺距为45μm，导管内径为1.5 mm，导管外径为2.5 mm。

在一个实施例中，磁性3D凝胶导管的制备方法，包括如下步骤：

纺丝液的制备：将海藻酸/壳聚糖混合溶液、Fe

磁性3D凝胶导管的制备：将所述纺丝液由主液相流入通道泵入微流控芯片，将氯化钙溶液和无水乙醇分别由不同的副液相通道泵入微流控芯片，调节纺丝液、氯化钙和无水乙醇的泵入速度，制得磁性3D凝胶导管。

在一个实施例中，所述纺丝液的制备步骤中，按照重量份数计，98.5-99.5份海藻酸/壳聚糖混合溶液、0.1-0.15份Fe3O4分散液（5 mg/ml）和0.05-0.075份GO分散液（10 mg/ml）混合，然后常温下超声分散5-10 min获得纺丝液。

在一个实施例中，按照重量份数计，99份海藻酸/壳聚糖混合溶液、0.1份Fe

在一个实施例中，所述海藻酸/壳聚糖混合液的制备方法为：将海藻酸钠、水溶性壳聚糖和去离子水按重量份数比1：4：495混合，30℃搅拌30 min，制得海藻酸/壳聚糖混合溶液；Fe

在一个实施例中，所述的纺丝液的泵入速度为40-60mL/h；所述的氯化钙溶液的泵入速度为30-50mL/h；所述的无水乙醇的泵入速度为30-40mL/h。

在一个实施例中，一种磁性3D凝胶导管的用途，将磁性3D凝胶导管用作神经缺损修复材料。

实验例

1、拉曼光谱分析实验

采用拉曼光谱分析检测到GO的两个吸收峰值1351 cm

2、导管孔隙率实验

采用排水法测试该凝胶导管孔隙率得出，该神经导管孔隙率为58%-65%。

3、拉伸和抗压实验

采用机械性能万能实验机对该神经导管进行拉伸和压力实验测试发现，该神经导管抗压强度为0.8-1.2 MPa，其拉伸强度为1.1-1.4MPa，经过比较，本发明磁性3D凝胶导管抗压强度是空心柱形导管1.37倍。

4、含水率实验

含水率测试，发现该凝胶导管含水率为55%-75%；

含水率（%）=（湿重-干重）/湿重*100%。

5、细胞毒性检测、细胞增殖率和神经生长因子分泌水平检测

实验分为A、B、C三组均与雪旺细胞共培养，分别于1天、3天、5天后行活死细胞染色检测导管支架的细胞毒性，A组为传统空心柱样导管组，B组为本发明磁性3D凝胶导管组，C组为空白对照组。如图5所示，绿色亮点为正常细胞，红色亮点为死亡细胞，发现三组细胞死亡比例无明显差别，且B组细胞数量最多。作为支架与雪旺细胞进行共培养，B组较C组和A组分别高2.1倍和1.2倍，神经生长因子分泌量较传统空心柱样导管组升高约0.4倍。

6、动物实验

1）建立10 mm坐骨神经缺损的动物模型，随机均分为A、B、C三组，A组为自体神经移植、B组为本发明磁性3D凝胶导管桥接神经断端，C组为空白对照组，如图6所示，发现术后C组术侧肢体末端出现溃疡坏死样病变，而A组和B组外观无变化。

2）术后12周取材，进行组织学染色实验，HE染色处理标本，如图7所示，可见B组和A组新生神经呈束状，C组未见新生神经组织，视野被大片新生结缔组织充斥。

3）术后12周进行S-100β免疫组化染色，如图8所示，可见B组和A组视野呈黄色，两组S-100表达量相近，表明均有大量神经组织再生；C组未见明显神经组织。神经组织中特异表达S-100，其与特异抗体结合后呈现黄色，表达量越多颜色越深，新生神经组织越多。

4）再生神经功能水平评价

术后12周B组肌力恢复速度、再生轴突髓鞘厚度明显高于C组（P<0.05），与A组相近（P> 0.05）；术后8周B组肌肉萎缩恢复程度、再生轴突数量明显高于C组（P<0.05），接近A组（P> 0.05）。综合所述，本发明磁性3D凝胶导管与作为金标准的自体神经移植在修复周围神经缺损方面有着相似的修复效力，且无不良反应。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。