应用于脊髓损伤后缺损区域的桥接体
【关键词】 脊髓 缺损区域
脊髓损伤(SCI)是一种严重的致残疾病，在我国发病率逐渐增多。其中，发生缺损的离断SCI占了相当大的比例。脊髓损伤的修复已经成为21世纪急需解决的医学难题之一。鉴于SCI后将导致损伤平面以下传导束支配的大范围运动感觉功能缺失，从而严重威胁患者的生命及生活质量。因此， 当前脊髓修复的重点难点在于如何恢复已经中断了的传导束的传导功能[1]。那么， 如何促进SCI后的离断轴突再生和新突触建立?又怎样创造一个适合神经再生的微环境呢?人们进行了大量相关的科研探索，这其中就包括自体或异体移植物，组织工程支架等方式连接缺损区域的研究尝试，并且伴随此种研究的深入而诞生了“桥接体”的概念。
1 应用桥接体的必要性
胥少汀等[2]了脊髓离断损伤后的继发性病理变化有：(1)脊髓离断损伤区域局部为神经胶质瘢痕组织填充;(2)传导束的神经轴突(轴索与突触)可以再生，但是无法穿越断端瘢痕;(3)离断损伤区域头尾端距横断面2 cm内的脊髓可发生神经元的退行性改变和轴索的自切现象， 导致两断端之间的囊腔空洞形成。因此， 要想通过轴突再生达到传导束修复，就必须克服瘢痕组织和损伤近远端之间的囊腔空洞[3]。早在1977年，Kao便系统研究了损伤脊髓的自切现象， 并提出通过延期自体周围神经移植来抑制这种现象。近年来，国内王树森等[4]通过对SCI后空洞与瘢痕的量化分析，发现空洞和瘢痕是再生神经纤维无法逾越的巨大障碍。另有国外学者[5]研究发现， 脊髓离断损伤后的单纯种子细胞移植修复将形成失效无序的细胞团， 不利于两侧断端纤维的再生修复， 进一步表明了在脊髓修复中桥接脊髓缺损区域的必要性。可见，为了修复脊髓的离断损伤并使截瘫后的功能得到最大恢复，就必须要选用一种生物相容性的连接体。此连接体起到连接中继的作用， 既可以填充空洞缺损区域恢复脊髓解剖结构，又可以诱导辅助断裂轴突克服胶质瘢痕和再生达到功能恢复。随之，“桥接体”的概念应运而生。
2 桥接体的种类及其作用特点
目前，应用于实验和临床的桥接体大致包括传统的生物体移植物和近20年新兴的组织工程类多聚体。前者可分为自体和异体来源类、或者神经组织和非神经组织类;后者又进一步分为天然类、人工合成类和复合材料类多聚体。具体到应用则有胚胎脊髓、肋间神经、胫神经、带蒂大网膜、肌基膜管、非生物材料制品等。可谓是种类繁多、功能各异。
2.1 神经组织类介导的桥接体
这种类型的桥接体包括同种异体胚胎神经移植物和自体周围神经移植物等。此类桥接体的典型代表为胚胎脊髓和肋间神经。胚胎脊髓是取材自同种异体妊娠14 d的孕鼠胚胎，麻醉孕鼠后，在无菌条件下取出胎鼠，在显微镜下取其颈胸段胚胎脊髓2 cm，经进一步处理后用作移植修复。而周围神经则是取材于自体的肋间神经或者坐骨神经等废用或不危及生命的神经节段，经少许处理后用作神经桥接。
2.1.1 胚胎脊髓桥接体的作用特点 异体的胚胎组织移植于脊髓缺损区域可以明显的促进SCI修复，并且此种桥接体的最大特点是发生排斥反应比较弱。除此之外，此类桥接体在修复脊髓缺损领域也发挥着以下作用：(1)引导和诱导作用，提供化学或机械引导以及神经营养因子诱导，刺激神经生长，引导再生神经通过损伤区。(2)直接供给神经元， 弥补缺损的神经结构。Nakamura等[6]研究发现植入脊髓缺损区域的异体胚胎脊髓还含有大量祖细胞，它们不但能存活和迁移，而且还能定向分化成所需的神经元细胞和少突胶质细胞。(3)Murray等[7]研究发现胚胎脊髓可以直接拮抗或消除胶质瘢痕增生，并促进再生的轴突穿越胶质屏障。
2.1.2 周围神经桥接体的作用特点 早在上世纪40年代，就有学者应用坐骨神经修复横断损伤脊髓成功的报道。 自体周围神经桥接体的最大优点是创造了一个适合损伤脊髓再生的微环境且无抗原性。除了发挥桥接和诱导作用外， 周围神经作为桥接体还可以直接带宽神经传导信息的容量、扩增合适的突触连接[8]。此外，Canpos等[9]还研究发现周围神经可以通过降低髓鞘生长抑制蛋白的释放而保护脊髓神经轴突。
2.2 组织工程类介导的桥接体
1987年，Langer等[10]创新性的提出“组织工程(tissue engineering)”这一概念。组织工程就是以复制替代或者修复组织器官为目的，联合使用细胞、支架材料和生物活性多肽，达到修复、维护、促进人体各种组织或器官损伤后的功能和形态的一门新兴学科。根据其来源不同可以分为天然的组织工程桥接体、人工合成的组织工程桥接体和复合材料的组织工程桥接体。天然的组织工程材料有胶原、基质明胶、纤维结合素(FN)等;人工合成的材料则包括聚乙烯(PEG)、聚乳酸(PLA)、聚羟基乙酸(PGA)等;鉴于单一材料特性的局限性，近几年催生出了制备复合材料的想法。复合材料可以有机的结合天然和人工的组织工程特性，制备更优化的桥接体。此类桥接体可以作为辅助工程支架(例如作为种子细胞移植的支架)修复损伤的脊髓， 也即起到细胞外基质(ECM)的作用。
近些年，纳米科技已经广泛应用于生物医学领域，在基础研究和临床应用上发挥了巨大作用。运用纳米技术制备的桥接体性能得到了质的飞跃。按照仿生学观点，三维纳米仿生支架体系在形态结构和功能上均更加接近细胞外基质(ECM)，并且在空间和时相上能最大限度的复原脊髓微环境。此外，纳米材料的空间拓扑结构，尤其是孔径和孔隙率更加适合种子细胞的黏附、迁移、分化和增殖[11]。
一般来说，优良的组织工程类桥接体必须符合较好的生物相容性、适宜的可降解性、相匹配的结构强度和较佳的可塑性等要求。
2.3 其他类型介导的桥接体
2.3.1 带蒂大网膜介导的桥接体 此类桥接体应用于SCI的研究起始于20世纪70年代，并很快应用到临床。它是取保留胃网膜左动脉的游离大网膜，经皮下隧道移植到脊髓损伤段，并与硬脊膜缝合固定。其最主要的作用是提供血供和减轻脊髓水肿。众所周知，SCI后血供破坏导致的供氧降低将使幸存的神经元与神经纤维坏死， 更进一步的加深了空洞的形成。而带蒂大网膜将通过改善脊髓血流动力，从而间接保护损伤的脊髓[12]。另外，Goldsmith等[13]最新研究发现带蒂大网膜吸收脊髓水肿的过程往往伴随着纤维蛋白原的吸收，而纤维蛋白原的减少将导致激活的纤维素的降低，从而抑制瘢痕组织的形成， 为轴突再生创造适宜微环境。
2.3.2 基膜管介导的桥接体 基膜管可以分为雪旺细胞基膜管与骨骼肌基膜管。此类桥接体的制备要经过反复的浸泡、液氮冷冻和复温过程，从而挤出崩解组织和胞浆，制成待用的基膜管。此类桥接体实质上是发挥了基膜的诱导生长作用和支架功能，类似于修复神经的引导隧道和基床[14]。另外，Fu等[15]研究表明，从去分化的雪旺细胞基膜管可分泌多种营养因子，这些因子可通过改变损伤脊髓周围的微环境来刺激运动神经的再生。
3 桥接体的相关研究进展
SCI的修复是一个庞大复杂的工程， 主要是因为影响损伤修复的因素众多。这些影响因素包括瘢痕和空洞、神经营养因素、轴突生长抑制因素等。针对这些影响因素提出了多种SCI修复方案，包括桥接体修复、细胞移植、神经营养因子介导、基因转导、软骨素酶ABC应用和甲基强的松龙早期冲击等等。显然， 单一的应用桥接体方案修复损伤脊髓是不全面的，必须结合多因素联合作用才能最大限度的达到轴突再生和功能修复的目的。例如，Chau等[16]用雪旺细胞基膜管结合软骨素酶ABC应用于脊髓长距离损伤，可以刺激轴突长达5 mm的再生。Lynskey等[17]运用胚胎脊髓联合BDNF、NT-3神经营养因子延迟干预大鼠损伤颈髓，明确观测到了前肢的功能恢复。此外，还有周围神经结合软骨素酶修饰的基质[18]、胚胎脊髓结合转基因细胞[19]和可降解性水凝胶结合神经营养因子(CNTF)[20]等用于脊髓修复的报道，均取得了较理想的效果。
此外， 由于各种桥接体的作用特点各异，单纯应用一种桥接体修复SCI也有它的局限性。可以考虑两种或多种桥接体方式的组合运用，从而最优化的发挥桥接体的功能。国外有用组织工程类基质材料结合大网膜修复SCI的报道。国内张强等[21]利用胚胎脊髓和带蒂的大网膜联合移植修复脊髓半切空洞，发现联合移植比单纯胚胎脊髓移植更能够阻止脊髓白质的病理损伤并促进脊髓轴突的再生。
4 桥接体的存在问题和前景展望
目前研究的几类桥接体都还存在或多或少的缺陷，例如，胚胎移植供体来源受伦与的限制，很难在临床上有用武之地; 自体移植物来源有限， 受各种个体因素影响;组织工程材料特异性和针对性不强等。特别是关于带蒂大网膜的科研和临床应用， 国内外还存在有很大的分歧。国内曾于多年前开展了大量的大网膜移植修复术，报道效果显著。但是国外Baskov、Duffill等[22,23]学者结合他们的临床试验，观察此手术术后6个月未见明显的神经功能改进， 明确反对单纯的大网膜移植术应用于慢性脊髓损伤患者。另外，虽然桥接体已经大量应用于动物实验中，但具体应用于临床的效果还不清楚，这有赖于更深入的研究探讨。
SCI修复的基本策略可以概括为以下几种干预措施： 减少胶质瘢痕和囊肿形成，抑制局部炎症和缺血缺氧的继发损伤，促进轴突和髓鞘再生，重建长距离的轴突联系等[24]。而桥接体的选择和应用正是基于以上目的。综合以往的研究， 作者制定出理想的桥接体标准，其必须满足以下几个条件： (1)具有良好生物相容性，无抗原性; (2)具有适合于连接损伤神经两断端的大小和长度; (3)桥接体内含各种神经再生所需要素：含有能产生趋向引导及提供轴突生长基质的物质因子;(4)具有定向引导或诱导作用;(5)保护再生轴突，避免瘢痕组织侵扰; (6)取材方便，来源广泛，有可复制性。
尽管桥接体的选择设计和科研应用还存在很多问题，但是桥接体无论是作为种子细胞或者营养因子移植修复的载体，还是作为改善SCI后生长微环境的介质都存在着广阔的开发与利用前景。
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