脊髓防粘连膜的生物相容性与可降解性

目的:评价组织工程材料脊髓防粘连膜的生物相容性及可降解性.方法:第一作者应用计算机检索PubMed数据库(http://www ncbi.nlm.nih.gov/PubMed)及CNKI数据库(www.cnki.net/index.htm),以"生物相容性:壳聚糖;脊髓;生物材料"或"Biocompatibility;chitosan;spinal cord;biological materials"为检索词进行检索.选择文章与检索关键词材料学特点、生物相容性及其应用效果相关,同一领域文献则选择近期发表或发表在权威杂志文章.共纳入42篇文献.结果:预防和减少经椎管内脊柱手术术后硬膜外瘢痕粘连一直是脊柱外科的研究热点.植入防粘连材料是预防和减少硬膜外瘢痕粘连的主要方法.理想的防粘连材料应该具有良好的生物相容性,无炎症反应,不产生排斥;能有效地覆盖手术部位,防止纤维组织长入,降解时间适当,无毒副作用等.壳聚糖是一类极具发展潜力的天然生物材料,其在生物医药材料中的研究以及应用越来越受到重视.结论:壳聚糖是一类具有良好生物相容性的材料,可以发挥预防椎板切除术后硬膜外粘连的优势,同时可明显抑制椎板切除术后硬膜外胶原组织的增生及代谢,从而减少瘢痕组织的形成,在组织工程研究中有广阔的应用前景.     

壳聚糖的生物相容性

背景:壳聚糖是惟一一种被广泛应用于生物医学工程领域的碱性、带有正电荷的天然多糖,其生物相容性是决定这些应用价值的关键。目的:综述了壳聚糖的生物相容性,包括组织相容性、血液相容性和力学相容性。方法:由第一作者检索1990/2011PubMed数据库、中国知网数据库及万方数据库有关壳聚糖及其衍生物在生物医学上的应用和生物相容性等方面的文献。结果与结论:壳聚糖作为可生物降解高分子材料具有良好的组织相容性及与人体组织相匹配所需要的力学相容性,被逐渐应用于人工皮肤、手术缝合线、眼科修复、人工骨骼、牙齿修复、肿瘤治疗等方面。但壳聚糖的促凝血作用使其血液相容性很差,目前很多研究关注于寻找解决这一问题的方法,改善其血液相容性,扩展其在生物医学工程上的应用领域,使其更加安全有效地与人体心血管系统直接接触。     

壳聚糖的生物相容性

背景：壳聚糖是惟一一种被广泛应用于生物医学工程领域的碱性、带有正电荷的天然多糖,其生物相容性是决定这些应用价值的关键。目的：综述了壳聚糖的生物相容性,包括组织相容性、血液相容性和力学相容性。方法：由第一作者检索1990/2011PubMed数据库、中国知网数据库及万方数据库有关壳聚糖及其衍生物在生物医学上的应用和生物相容性等方面的文献。结果与结论：壳聚糖作为可生物降解高分子材料具有良好的组织相容性及与人体组织相匹配所需要的力学相容性,被逐渐应用于人工皮肤、手术缝合线、眼科修复、人工骨骼、牙齿修复、肿瘤治疗等方面。但壳聚糖的促凝血作用使其血液相容性很差,目前很多研究关注于寻找解决这一问题的方法,改善其血液相容性,扩展其在生物医学工程上的应用领域,使其更加安全有效地与人体心血管系统直接接触。     

壳聚糖在脑组织中的生物相容性

背景：壳聚糖在一般组织内的生物相容性已得到证明，但在其脑组织内的生物相容性特征研究及报道较少。目的：探讨壳聚糖在脑组织中的生物相容性，以期为临床提供可用于颅内植入化疗的药物缓释高分子载体。设计：随机对照的实验研究。地点和对象：实验地点：武汉大学第一临床学院实验中心动物手术室。以32只SD大鼠为研究对象，单盲简单随机法分为实验组和对照组。方法：对实验大鼠行开颅手术分别植入壳聚糖和吸收性明胶海绵。观察术后的行为改变和3，7，14，30d时的局部组织反应(苏木精-伊红染色)。主要观察指标：各时期不同材料周围炎性细胞计数。结果：所有动物无明显行为改变，术后3，7，14．30d的组织学观察表明是与吸收性明胶海绵类似的异物反应。术后7d植入物周围3mm区域中性粒细胞、淋巴细胞记数，实验组与对照组比较差异有显著性意义(t=6．98，3．311，P=0．001，0．019)；术后14d中性粒细胞、淋巴细胞记数实验组与对照组比较差异有显著性意义(t=6．454，4．899，P=0．001，0．003)；术后30d淋巴细胞、纤维细胞记数实验组与对照组比较差异有显著性意义(t=3．767，5．019，P=0．010，0．006)。结论：壳聚糖具有良好的脑组织生物相容性，可安全降解。     

壳聚糖在脑组织中的生物相容性

背景壳聚糖在一般组织内的生物相容性已得到证明,但在其脑组织内的生物相容性特征研究及报道较少.目的探讨壳聚糖在脑组织中的生物相容性,以期为临床提供可用于颅内植入化疗的药物缓释高分子载体.设计随机对照的实验研究.地点和对象实验地点武汉大学第一临床学院实验中心动物手术室.以32只SD大鼠为研究对象,单盲简单随机法分为实验组和对照组.方法对实验大鼠行开颅手术分别植入壳聚糖和吸收性明胶海绵.观察术后的行为改变和3,7,14,30 d时的局部组织反应(苏木精-伊红染色).主要观察指标各时期不同材料周围炎性细胞计数.结果所有动物无明显行为改变,术后3,7,14.30 d的组织学观察表明是与吸收性明胶海绵类似的异物反应.术后7 d植入物周围3 mm区域中性粒细胞、淋巴细胞记数,实验组与对照组比较差异有显著性意义(t＝6.98,3.311,P=0.001,0.019);术后14d中性粒细胞、淋巴细胞记数实验组与对照组比较差异有显著性意义(t=6.454,4.899,P=0.001,0.003);术后30 d淋巴细胞、纤维细胞记数实验组与对照组比较差异有显著性意义(t=3.767,5.019,P=0.010,0.006).结论壳聚糖具有良好的脑组织生物相容性,可安全降解.     

三种羧甲基壳聚糖防粘连膜的降解及其生物相容性

背景:羧甲基壳聚糖膜降解快,降解率不容易测量,体外模拟与动物实验的相关性尚存在较大问题.目的:找出适合体内降解的体外模型,并通过体内实验观察3种羧甲基壳聚糖膜的生物降解性与生物相容性.设计、时间及地点:对比观察实验,于2007-09/2008-08在中国药晶生物制品检定所医疗器械检测中心完成.材料:1号样品:纯的羧甲基壳聚糖膜;2号样品:羧甲基壳聚糖∶纤维索∶聚乙烯醇=80∶10∶10∶3号样品;羧甲基壳聚糖∶纤维素∶聚乙烯醇=90∶5∶5,所有防粘连膜均采用水流延成型的方法制备.方法:体外模拟:采用模拟体液和溶菌酶磷酸盐缓冲溶液作为降解介质;分别将3种膜样品定量后,浸泡于上述两种模拟介质中(质量∶体积＜1∶30).定期取样,计算膜的降解百分率,体内试验:①取SD大鼠15只,背部皮下植入3种样品,样品间隔为1cm以上,分别于7,15,33d大体观察样品降解情况.②30只SD大鼠随机分为3组,每组10只.将样品放置进聚甲基丙烯酸甲酯管子中植入各组大鼠背部皮下,分别于7,15,22.33,77d处死,每个时间点2只,从背部取出管子,计算降解率.③24只SD大鼠随机分为3组,每组8只.皮下埋植3种样品,分别于7,15,30,100 d处死,每个时间点2只,取埋植点组织,苏木精-伊红染色观察组织病理变化.主要观察指标:①通过大体观察和质量损失率进行降解性能的研究.②观察植入后的组织病理情况.结果:①两种体外降解模型都可以在一定程度上反映羧甲基壳聚糖膜的降解,酶解较模拟体液降解速度快,模型较为符合体内降解的真实情况.②添加少量纤维豪和聚乙烯醇的羧甲基壳聚糖膜并不能很好地改善其降解性,但可以稍微改善降解后膜的完整性.③羧甲基壳聚糖由于降解快,会产生大量吞噬细胞和纤维细胞,导致出现一定的炎症;添加纤维索和聚乙烯醇的膜不仅不能够减小炎症,而且会延长愈合期,尤其是2号样品,炎症稍重.结论:①利用溶菌酶模拟体内降解效果更好,有利于提高检测效率.②纯羧甲基壳聚糖防粘连膜炎性周期短,愈合快.     

壳聚糖与大鼠嗅鞘细胞的生物相容性

背景:众多研究证实,嗅鞘细胞移植和生物导管在修复中枢神经系统损伤中发挥了显著的作用,课题组前期研究已证实了壳聚糖在大鼠体内神经系统具有良好的生物相容性.目的:观察壳聚糖与大鼠嗅鞘细胞的生物相容性.设计、时间及地点:体外细胞学对比观察,于2005-12/2006-05在武汉协和医院泌尿外科实验室完成.材料:将壳聚糖粉溶于10 g/L的乙酸溶液中,配制成10 g/L的壳聚糖溶液;显微剥离成年大鼠嗅球表面层,按常规方法行原代细胞培养.方法:实验分为3组,每组10孔.壳聚糖组将制备好的壳聚精溶液0.1 mL加入到培养板中,50℃烘箱至成膜干燥,加入40 g/L氧氧化钠溶液中和乙酸,双蒸水漂洗,晾干即可.多聚赖氨酸组按常规方法赖氨酸包被培养板.未包被组不用任何材料包被.将原代培养的嗅鞘细胞分别接种至壳聚糖包被、多聚赖氨酸包被和未包被的培养板上进行培养.主要观察指标:于培养第3,5天显微镜下观察细胞形态学变化,MTT比色实验检测细胞存活和增殖状况.结果:嗅鞘细胞可在壳聚糖膜上贴壁生长,细胞形态及数量与未包被组相比差异无显著性意义,但与多聚赖氨酸组相比细胞数量偏低.结论:嗅鞘细胞与壳聚糖有良好的生物相容性.     

大鼠成骨细胞与壳聚糖／羟基磷灰石复合支架降解产物的生物相容性

背景：人们对壳聚糖/羟基磷灰石复合多孔生物支架在体内的降解过程并非十分清楚,而且有关其降解产物对成骨细胞的影响研究也较少。目的：分析大鼠成骨细胞与壳聚糖/羟基磷灰石复合多孔生物支架降解产物的生物相容性。方法：将培养的第2代大鼠成骨细胞分别在壳聚糖/羟基磷灰石复合支架降解产物浸提液和含体积分数10%胎牛血清的DMEM培养液中培养,培养第2,4,6,8,10天分别对两组细胞做MTT细胞计数,采用联合会推荐法测定细胞碱性磷酸酶活性,采用BCA蛋白定量法测定总蛋白。结果与结论：在壳聚糖/羟基磷灰石复合多孔生物支架降解产物浸提液中培养的大鼠成骨细胞增殖速度、细胞碱性磷酸酶活性、细胞总蛋白合成及碱性磷酸酶与总蛋白的比值明显高于在体积分数为10%胎牛血清DMEM培养液中培养的细胞（P＜0.05）。表明壳聚糖/羟基磷灰石复合多孔生物支架的降解产物不仅可促进大鼠成骨细胞的黏附、生长和增殖,还可增强其骨化功能,具有较好的生物相容性。     

磁性壳聚糖微球的生物相容性

背景：采用壳聚糖对磁性氧化铁纳米颗粒表面进行改性,一方面可改善磁性纳米氧化铁颗粒的团聚性,增加其稳定性,另一方面将来可用于肿瘤热疗及基因治疗。
　　目的：制备将来可用于肿瘤热疗及基因治疗的磁性壳聚糖微球,评价其生物相容性。
　　方法：采用改良的化学沉淀法制备磁性氧化铁纳米颗粒。采用超声乳化法将壳聚糖加入到磁性氧化铁纳米颗粒中制备磁性壳聚糖微球,进行以下实验：①MTT实验检测磁性壳聚糖微球浸提液的细胞毒性：分别以1640培养液、聚丙烯酰胺单体溶液、100%,75%,50%,25%的磁性壳聚糖微球浸提液培养L-929细胞。②溶血实验：在兔抗凝血中分别加入磁性壳聚糖微球浸提液、生理盐水及蒸馏水。③微核实验：在昆明小鼠腹腔分别注射含氧化铁磁流体5,3.75,2.5,1.25 g/kg的磁性壳聚糖微球混悬液、环磷酰胺及生理盐水。
　　结果与结论：磁性壳聚糖微球粒径200-300 nm,分散效果有所提高。不同浓度的磁性壳聚糖微球浸提液对L-929细胞毒性为1级,属对细胞无毒性范畴。磁性壳聚糖微球浸提液的溶血率为0.69%,小于5%,符合医用材料的溶血实验要求。磁性壳聚糖微球混悬液未导致细胞DNA断裂和非整倍体化,未导致微核产生的遗传毒理作用,材料无致畸或致突变作用,因此磁性壳聚糖微球具有良好的生物相容性。     

负载可降解缓释微球壳聚糖支架的生物相容性

背景:负载缓释转化生长因子β1微球壳聚糖支架在体外能够促进软骨细胞生长,且可以诱导骨髓间充质干细胞向软细胞分化,有望作为软骨缺损修复的组织工程材料,然而要进行相应体内实验,其生物相容性是不容忽视的.目的:制各负载缓释微球壳聚糖支架并对其生物相容性进行体内外评价.方法:以溶血试验、急性毒性实验、皮内刺激实验、热源性实验、肌内植入实验,评价自制负载缓释微球壳聚糖支架的生物相容性.结果与结论:支架溶血率为1.6%,镜下未见明显红细胞破坏;材料急性毒性评价程度为无毒;皮内原发刺激记分及原发刺激指数均为0;热源性实验体温升高为(0.17±0.06)℃;肌内植入实验大鼠均成活,全身良好、无感染,4周左右新生毛正常分布,8周大体观察支架周围血管明显增多,与周围肌组织整合良好,心肝肺肾等内脏均无特殊变化,随时间延长,淋巴细胞浸润逐渐减少,可见血管及纤维长入支架,包裹逐渐变薄,支架渐降解.结果说明负载微球多孔壳聚糖支架具有优良的生物相容性.     

Beta-endorphin processing and cellular origins in rat spinal cord.

While enkephalin and dynorphin peptides have been well characterized in the spinal cord, the cellular localization of beta-endorphin (beta E) and the processing of pro-opiomelanocortin (POMC) to beta E and other non-opioid peptides in the cord have not been extensively investigated. Other investigators have characterized the various beta E forms present in rat spinal cord regions. Previous studies have also suggested that spinal POMC content is entirely derived from supraspinal sources. However, high proportions of beta E precursors present in spinal cord sieving profiles led us to suspect the presence of POMC cell bodies intrinsic to the cord. In this study, we performed thoracic spinal cord lesions on a group of animals and demonstrated the persistence of about one-third of control levels of beta E immunoreactivity (beta E-IR) below the level of the lesions. We also characterized POMC processing in various regions of the spinal cord both before and after lesioning. These data suggested that there may be intrinsic POMC/endorphinergic neuronal systems in the spinal cord.     

细胞凋亡在脊髓损伤中作用的实验研究

目的 探讨细胞凋亡在脊髓损伤发病机理中的作用。方法 采用原位末端标记法,对大鼠脊髓损伤不同时间脊髓组织中凋亡细胞的数目和部位进行观察和分析,并作正常对照。结果 损伤后灰质和白质均检测到凋亡细胞,神经元凋亡少见,胶质细胞凋亡多见。细胞凋亡发生在损伤后 12 h～ 4周,以 4d时达到高峰,至 4周时渐趋于正常。结论 大鼠脊髓损伤后神经元和胶质细胞均发生细胞凋亡,而以胶质细胞凋亡常见。     

Design of graphenic nanocomposites containing chitosan and polyethylene glycol for spinal cord injury improvement

Advanced therapeutic strategies include the incorporation of biomaterials, which has been identified as an effective method in treating unsolved diseases, such as spinal cord injury. During the acute phase, cascade responses involving cystic cavitation, fibrous glial scar formation, and myelin-associated dissuasive accumulation occur in the microenvironment of the spinal cord lesion. Graphene oxide (GO)-based materials, due to their extraordinary chemical, electrical and mechanical properties and easy to modify structure, are considered as rising stars in biomaterial and tissue engineering. In order to enhance the biodegradability and biocompatibility of GO, cell proliferation may be appropriately designed and situated at the lesion site. In this study, chitosan (CS) and polyethylene glycol (PEG) were grafted onto GO sheets. CS is a natural non-toxic polymer with good solubility and high biocompatible potential that has been used as an anti-inflammatory and anti-oxidant agent. Furthermore, PEG, a synthetic neuroprotective polymer, was used to develop the pharmacokinetic activity and reduce the toxicity of GO. Herein we report a novel nanocomposite consisting of PEG and CS with a potential advantage in spinal tissue regeneration. The preliminary in vitro study on mesenchymal stem cells (MSCs) has demonstrated that the prepared nanocomposites are not only non-toxic but also increase (by nearly 10%) cell growth. Finally, the use of mixed nanocomposites in the spinal cord injury (SCI) model resulted in good repair and inflammation decline after two weeks, such that walking and functional recovery scores of the hind limbs of mice were improved by an average of 6 points in the treatment group.

Herein we report a novel nanocomposite consisting of PEG and CS with a potential advantage in spinal tissue regeneration.     

Thermal inhibition of nociceptor-driven spinal cord neurones in the rat

The inhibitory effects of cutaneous thermal stimulation have been tested on background and noxious-evoked discharge of neurones in the lumbar spinal cord of anaesthetized rats. Inhibition of background discharges by warming and of noxious-evoked discharges by warming and/or cooling have been demonstrated. Thermal inhibition may be a neural basis for thermal analgesia.     

Excitatory amino acid receptors and nociceptive neurotransmission in rat spinal cord

Excitatory amino acid (EAA) receptor agonists were tested for their effect on identified rat spinal neurons. Only 75% of the spinal neurons tested increased their firing rate in response to iontophoretic application of one or more of the EAA receptor agonists, N-methyl-D-aspartate (NMDA), quisqualate (Quis), (RS)-alpha-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole-propionic acid HBr (AMPA), and kainate (KA). NMDA and Quis or AMPA activated primarily nociceptive neurons (60% of these neurons were projection neurons) in the rat spinal cord. KA-activated neurons were primarily classified as low threshold neurons. Both NMDA and AMPA, at subthreshold doses, significantly increased neuronal responses to peripheral noxious mechanical stimulation; NMDA also significantly increased neuronal responses to peripheral noxious thermal stimulation. Iontophoretically applied phencyclidine (PCP) decreased NMDA-induced firing in 100% of the cells tested while Quis-induced firing was blocked by PCP in only 33% of the cells tested. The reported analgesic effects of PCP in humans may result from a spinal action involving its well documented interaction with NMDA receptors.     

大鼠完全脊髓横断动物模型的建立及完整胚胎脊髓移植后功能恢复的研究

目的建立有效、可靠的完全脊髓横断动物模型，探讨多个完整胚胎脊髓移植联合脑源性神经营养因子（BDNF）对脊髓完全横断损伤的修复作用。方法将Wistar雌性大鼠分为正常对照组，手术组A组（单纯横断）、B组（横断＋BDMF）、C组（横断＋移植）、D组（横断＋移植＋BDNF）。手术显微镜直视下切除大鼠脊髓3-4mm，镜下观察确保完全离断，取3—4个完整胚胎脊髓同时移植。B组及D组应用微型泵定时定量泵入BDNF溶液（2mg／ml）。术后1—6周进行功能锻炼及行为学分析。结果术后A组、B组后肢运动功能未恢复；术后3W，C组及D组开始恢复后肢运动功能，术后6W出现协调踏步动作。术后1，2W，C组与D组CBS行为学评分无显著性差异（P〉0．05），术后3W、4W，CBS评分差异有显著性（P〈0．01）。结论本实验成功的建立了大鼠完全脊髓横断模型。多个完整胚胎脊髓组织移植解决了脊髓完全离断情况下所需移植物总量较大的问题，联合应用BDNF，对脊髓损伤修复效果更为理想。     

载中药羟基磷灰石/壳聚糖骨支架的制备与生物相容性*

背景：中药来源的三七总皂甙苷可通过增加缺血部位血管再生及骨折愈合,因此推测载三七总皂苷的中药支架具有促进骨缺损部位骨痂再生的作用,但其生物相容性尚不清楚。
　　目的：制备三七总皂苷-羟基磷灰石/壳聚糖骨修复支架,评估其生物相容性。
　　方法：采用原位复合和冷冻干燥技术制备载三七总皂苷量分别为0,0.1,1,10 mg的羟基磷灰石/壳聚糖复合材料,采用扫描电镜观察复合支架形貌,并测试其机械性能。①细胞增殖实验：以4种载药羟基磷灰石/壳聚糖复合材料浸提液培养第3代兔骨髓间充质干细胞,以正常培养的细胞为对照,MTT法检测各组细胞A值。②溶血实验：在抗凝兔血中分别加入4种载药羟基磷灰石/壳聚糖复合材料浸提液,酶标仪检测各组A值。③热源实验：经兔耳缘静脉分别注射4种载药羟基磷灰石/壳聚糖复合材料浸提液与生理盐水,检测兔体温升高值。
　　结果与结论：载药羟基磷灰石/壳聚糖复合材料含有大量直径为110μm的三维多孔结构,三七总皂苷载药过程对复合材料的孔隙率、孔径、密度无显著影响,但却降低了其断裂强度和弹性模量,载药量越大效果越明显。单纯的羟基磷灰石/壳聚糖复合材料细胞相容性良好,载药后的复合材料明显抑制了细胞增殖,载药量越大效果越明显。载药前后的复合材料均具有良好的血液相容性。载药前后的复合材料均具有一定的热源作用,但符合热源实验的检测合格标准。     

大鼠脊髓完全性损伤模型的建立

背景:建立有效的完全性脊髓损伤动物模型是深入研究脊髓损伤的前提,只有建立标准的、可重复性高的实验动物模型才能择优选出治疗脊髓损伤的可行方案.目的:实验拟建立一种稳定的大鼠完全性脊髓损伤动物模型.设计、时间及地点:对照观察动物实验,于2007-11/2008-10在石河子大学药学院动物试验中心完成.材料:30只健康Wistar大鼠随机分成假手术组6只、实验组24只.方法:显露实验组大鼠T8～T12棘突及椎板,切除T9～10棘突及椎板,暴露相应脊髓段作为损伤区,采用大鼠脑定位仪自主设计改良Allen模型打击装置,予15 g×20 cm=2.94×10-2N重力打击大鼠T10节段脊髓,动物模型保证硬脊膜完整.假手术组仅同法暴露相应脊髓段,但不做打击.主要观察指标:造模后2,4,8周以斜板试验及BBB评分观察大鼠双后肢运动功能,以苏木精-伊红染色观察大鼠脊髓组织的变化.结果:假手术组大鼠苏醒后能站立行走,斜板试验角度均大于70°,BBB评分21分,脊髓结构正常.实验组大鼠造模后双下肢全瘫,2只大鼠表现为痉挛性瘫痪,5只大鼠表现出不同程度的自残现象.造模后2,4,8周斜板试验角度均小于30°,BBB评分均少于10分,随时间延长,部分大鼠可见后肢刺激性反射,但无主动性功能活动,局部脊髓结构破坏严重.结论:以2.94×10-2N重力打击大鼠脊髓可保证硬脊膜的完整,并获得稳定的完全性脊髓损伤动物模型.