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目的:(1)研究采用高分辨显微断层扫描(Micro-CT)扫描获取新西兰大白兔坐骨神经三维结构的最佳实验条件。(2)以兔坐骨神经为“原型”,设计可引导神经组织内部各神经束准确支配远端靶神经纤维的多通道神经导管数字化模型。以PLGA及明胶为原材料制备仿生多通道神经导管,评价多通道导管物理及生物性能。(3)将制备的仿生多通道神经导管植入新西兰大白兔坐骨神经缺损处,探讨定制化的仿生多通道组织工程神经导管对新西兰大白兔坐骨神经缺损修复的作用机制。方法:(1)取成年新西兰大白兔中段坐骨神经组织标本10mm,A、B组分别用20%、40%Lugol’s液对神经标本染色,光学显微镜及Micro-CT下分别采集两组标本在1-3天染色过程中,每1天时间点的显像变化。将显像良好的Micro-CT图像序列导入三维重建软件(Mimics)软件,通过三维重建图形实现兔坐骨神经显微三维结构的可视化。(2)取6只成年新西兰大白兔中段坐骨神经25mm标本,采用Micro-CT扫描及H&E色切片染法获得神经各束解剖学数据,对上述两种图像从神经束的数量、面积、是否存在神经束之间融合或分离现象等方面进行对比观察。依据神经组织H&E染色切片及Micro-CT图像,采用Adobe Photoshop软件设计4组具有多组通道结构神经导管数字模型。采用静电纺丝、冷冻干燥、3D打印等技术构建4种通道类型的PLGA/明胶微孔神经导管。通过观察其外貌特征,吸水膨胀实验、热收缩及力学性能测量等实验进行导管物理属性评价,细胞增殖实验及酶降解实验被用于评价导管生物学属性。(3)将仿生多通道神经导管植入新西兰大白兔中段坐骨神经10mm缺损模型。以自体神经移植及单通道(1-CANC)神经导管作为对照组,通过组织学切片观察、肌电生理检测、逆向荧光示踪等实验探讨仿生神经导管定制化的多通道结构对周围神经轴突再生的作用。结果:(1)A组神经标本在染色3天、B组标本在染色2天可经Micro-CT扫描获得较为清晰的神经显微三维结构的图像。Micro-CT图像显示新西兰大白兔坐骨神经中各神经束立体行径相对固定,生成的数字化三维模型可在任意横断面实现坐骨神经内部显微结构可视化观察。(2)新西兰大白兔坐骨神经中段具有11±1个呈不规则排列的神经束,Micro-CT扫描提示坐骨神经中段25mm各神经束之间无明显的融合或分离现象。采用Adobe Photoshop软件测量CANC导管通道和神经束匹配指数(MI)得出:3-CANC组最高(84.4%),4-CANC组最低(51.4%),2-CANC和3-CANC组MI分别为75.5%、77.1%。实验结果表明:制备的CANC导管具有一致的外貌、孔隙率、热收缩性能特征;吸水膨胀方面:1-CANC导管组与2-,3-,4-CANC组相比,其吸水后管腔横截面积更易于减小(p<0.05);侧方应力实验中1-通道导管抗压强度最高,4-CANC较2-CANC组可承受更高的侧方压力(p<0.05);抗弯曲实验显示:4-CANC抗弯强度高于3-CANC和2-CANC(p<0.05);体外降解实验显示:与PLGA生物膜相比1-、4-CANC神经导管具有较快的降解速率;细胞增殖实验显示:附着于PLGA/明胶导管组Schwann细胞数量多余于PLGA生物膜组(p<0.05),CANC导管组组间Schwann细胞数量无差异(p>0.05)。(3)在植入兔坐骨神经缺损模型术后第12、24周观察发现,自体神经移植组在组织学观察、电生理检测及(感觉、运动)功能恢复方面效果优于所有神经导管植入组(p<0.01)。有髓神经纤维计数结果显示:各CANC神经导管组之间有髓神经纤维数量无差异。但(2-CANC、3-CANC组)相对(1-CANC和4-CANC组),在电镜下观察到了直径更大且髓鞘更厚的成熟神经轴突组织。类似的对比结果也出现在肌电生理检测、自噬行为及运动功能评定实验。逆行荧光示踪实验结果显示,CANC导管组中各组被荧光标记的神经元计数无统计学差异(p>0.05),而其中被FB-NY双标记神经元比例最高的是1-CANC组(7.1%±2.4%),4-CANC组最低(2.2%±1.2%),结果具有显著差异(p<0.05)。结论:(1)采用20%Lugol’s液染色3天或40%Lugol’s液染色2天后的神经标本经Micro-CT扫描可获得较为清晰的显微三维图像。生成的三维重建模型可作为设计三维仿生人工神经导管重要参考依据。(2)Micro-CT扫描可准确、清晰的连续观察新西兰大白兔坐骨神经中段显微三维结构,联合3D打印模具、冷冻干燥及静电纺丝等技术可制备出简易的以兔坐骨神经解剖结构为“原型”的仿生多通道神经导管。上述方法制备的多通道仿生PLGA/明胶神经导管具有较好的生物属性和物理机械性能,可满足人工神经导管植入于动物前期实验研究要求。(3)仿生数字化人工神经的多通道结构参数对神经组织修复再生过程具有显著影响。高度仿生的神经导管多通道结构具有降低神经轴突发生错配的作用。导管通道与神经束匹配指数(MI)可能可作为研究定制化多通道神经导管仿生程度的一项评价指标。定制化的仿生神经导管多通道结构(管腔直径大小、管腔分布位置等)与修复靶神经中相应神经束解剖结构越相似,多通道神经导管MI指数越高其修复效果可能越好。