神經導管接合術

內的生物微環境指的就是上述 Schwann cell、細胞外基質與神經營養因 子三方面。我們可以透過人為調節而形成最有利於神經再生的微環境。

6. 探討進行神經導管接合術後，再投與口服藥物^[52,53]或針刺、電針^[14]、 雷射刺激^[54]對於周邊神經再生的影響。

這些各式各樣的研究，其目的皆希望能縮短再生的時間、擴大再生 的間距、提升再生神經的成熟度、促進神經功能的恢復及減少神經導管 之併發症。

2.5 神經管的種類與應用

神經管選用的材料，可大致分為生物材質為主的材料(biological materials)及人工合成之材料(synthetic materials)二大類:

2.5.1 生物材質為主的材料(biological materials)

生物材質為主的材料可分為生物結締組織材料與來自生物體的天 然材料兩大類。第一類主要以動靜脈、骨骼肌、羊膜等為主;第二類則 包括膠原蛋白(collagen)、明膠(gelatin)、幾丁質(Chitin)與幾丁聚 醣(Chiosan)等。

動、靜脈^[55-58]

以來自於生物的組織而言，動物體內的動、靜脈在早期是最常被應 用的材料。但如果和人工合成的材料比較，並無特殊的突出性^[59,60]，而 且材料來源及免疫排斥也是一個問題。

變性骨骼肌

用於神經接合，是基於變性肌肉的基底膜能引導神經軸突向遠端的 神經生長。而且變性肌肉組織中含有膠原纖維(collagen)和層沾連蛋白 (laminin)，能促進神經軸突生長及加強再生纖維對神經生長因子的反

應與作用。臨床上，使用變性骨骼肌重建神經的效果還不錯^[61,62]，不過 會有神經纖維長出肌肉組織，形成神經瘤的危險。

羊膜

可降解，排斥反應小，可塑性良好，又含有各種神經營養因子。

Mohammad^[63]等嘗試用羊膜管修復 10 mm 的大鼠坐骨神經缺損，發現患肢 功能在第二到第四週時恢復得比自體神經移植組好，而且再生軸突數與 自體神經移植組相當接近，但目前仍尚未見到臨床應用的報導。

膠原蛋白(collagen)

存在於動物的各種組織器官中，其中又以皮膚、骨頭與肌腱含量最 多；約佔體內所有蛋白質的 20-25 %，分子量大，約在 283 kda 左右^[64]。 膠原蛋白非常適合作為生醫材料^[65]，它除了無毒性、可降解、生物相容 性高、形狀可塑性高等特性外，也能藉酵素或修飾特定的官能基來改變 其性質或功能。1991 年，Archibald 等人開始嘗試研發以膠原蛋白為基 質的降解性神經導管，並評估其機械性與通透度等特性。1993 年，

Daniel^[66]用 l0 mm 間隙的兔脛骨後神經缺損，比較非通透性、半通透和 較大孔洞等三種不同通透度的膠原蛋白導管，發現具有較大孔洞的膠原 蛋白導管效果較好，原因可能是大孔洞的通透性較好，有利於代謝產物 的交換和神經營養物質的輸送。1995 年，Archibald^[67]以修補正中神經 缺損間隙達 5 mm 的猴子，比較縫合法、自體神經移植法與膠原蛋白導 管接合法，結果發現後二者修復狀況合法更好。2003 年，美國一家公司 推出以膠原蛋白為基貭製造的降解性神經導管，業者強調其商品可以快 速有效的導引神經再生，且能避免神經瘤的產生。近年來，膠原蛋白已 成為相當熱門的生醫材料，其應用範圍更是蓬勃發展。但價格昂貴仍是 它在應用上的最大缺點。

幾丁質(chitin)與幾丁聚醣(chitosan)

幾丁質(chitin)是甲殼素（圖 2.3）的主要成分^[68,69]。幾丁質廣泛地

存在於自然界的許多生物之中，如真菌或酵母菌的細胞壁、軟體動物的 內外骨骼、甲殼類動物與節肢動物的外殼等。甲殼素並不溶於水，也不 溶於弱酸或弱鹼，故在應用上限制較多。將甲殼素以濃鹼在高溫下浸煮 一段時間後，即產生去乙醯作用，經過部分去乙醯化或全部去乙醯化以 後的產物，即為幾丁聚醣(chitosan)（圖 2.4）。幾丁聚醣不溶於水，但 可溶於稀醋酸、鹽酸、乳酸等有機酸中，在運用上比幾丁質更方便。幾 丁聚醣的結構類似纖維素，屬結晶多醣類(polysaccharide)，是一種陽 離子型高分子化合物，也是目前自然界中第一大量的含胺多醣類，為 N-乙醯葡萄糖胺與 N-葡萄糖胺為結構單元之共聚合體。幾丁聚醣上的胺基 在酸性溶液中會與氫離子結合而帶正電(-NH3^＋)；在鹼性環境下則因電 性中和，使其溶解度降低而導致膠凝現象。

圖 2.3 甲殼素的結構單元式

圖 2.4 幾丁聚醣的結構單元式

近年來幾丁聚醣成為高分子生醫材料中頗受重視的材料，常見於敷

5. 幾丁聚醣和細胞外基質、basal membrane 的 glycosaminoglycans 的 分 子 結 構 相 似^[70]， 所 以 可 允 許 細 胞 外 黏 附 分 子 (laminin 、

凝血並促使受傷的組織細胞增生、分化(differentiation) 與傷口 的收縮癒合。Inui 等^[73]人細胞培養時添加低分子量幾丁聚醣，發現 低分子量幾丁聚醣可刺激血小板促進生長因子引起細胞分裂效應，

使血管平滑肌細胞有絲分裂增生，而促進傷口癒合，而血管的新生 是神經修復過程中所需的。Malette^[74]透過幾丁聚醣在人造血管、組 織培養及組織再生方面的實驗結果，提出幾丁聚醣溶液可抑制纖維 養的 Schwann cell 具有良好的生物相容性，且幾丁聚醣對 Schwann cell 的相容性優於幾丁質。幾丁聚糖曾被用於製成神經導管來修復

機械強度、孔隙率以及生物可降解性。體外細胞培養結果顯示神經

2.5.2 人工合成材料(synthetic materials)

人工合成材料可再分為非生物可降解性合成材料與生物可降解性 人工合成聚合物兩大類。第一類主要有矽膠管(silicone)、丙烯酸聚合 物(acrylic copolymer)等人造聚合物、金屬等;第二類則包括聚乳酸 (poly-lactic acid, PLA)、聚基乙酸(poly-glycolic, PGA)等 Minipore。

矽膠(silicone)

自 1943 年起矽膠應用在經濟用途後，已有許多不同型態的矽膠產

矽膠之毒性並不明顯^[81-84]。有實驗比較矽膠，Ploringlchoride 和尼 龍，結果發現矽膠沒有毒性^[85]。又有實驗比較羊腸線、棉線、

polythene 和 Polyvinyl acetate 於動物組織中的反應，結果也顯示 矽膠其反應最小^[86]。一般而言高聚合的矽膠是沒有毒性反應的，若

9. 血液適應性良好，可做為心血管取代物。雖然比起其他物質，矽膠 對血液的適應性良好，可是極少情況下也是會引起血栓的形成，血 小板的凝集則是最先發生的現象，特別是當矽膠聚合物與一些組織 蛋白相吸附後，凝集便會發生^[102-106]。

人造聚合物^[18]

人造聚合物由丙烯酸聚合物(acrylic copolymer)製成的半滲透管 也已成功地被用來輔助神經的再生。這種具通透性的材料能使神經外的 生長因子進入管內。但是證據也顯示此種半滲透管(能允許分子量小於 50000 的分子進入)會因細胞外基質，如膠原蛋白液的充填而阻礙了神經

的再生^[108]。

金屬製神經管[109-110,59]

金屬製的人工合成神經管(如:tantalum 和不銹鋼) 和純生物材料 相比，雖較少引起組織反應，但金屬的堅硬及不透明等特性易造成植入 的困難。

生物材料

多孔的神經管(如:Milipore)是由高生物相容性的聚酯纖維所製成

[111]。這種材料具有對細胞外液具有通透性，且可防止再生神經纖維分支

形成的特色，但由於 Milipore 本身易碎裂且鈣化，在體內可能會被快 速降解而形成神經瘤^[59]。近來可被分解的生物材料，如乳酸、聚酯聚合 物和乙二醇的聚合物所製成的神經管也已試用於動物實驗中^[112-113]。研 究顯示，在軸突長進遠端後，這些可被分解的材料會被動物體再吸收，

意味著這些被分解的材料可能提供斷傷神經再生的理想環境。但這些材 料若在體內太早被分解，可能引發局部組織纖維化而阻礙了神經的恢復

[114]。

理想的神經導管必須有良好的生物相容性、薄、有彈性、透明、可 抑制纖維細胞和結締組織在受傷神經周圍的增生，且能促進神經復原和 再生^[59]，而矽膠管就具有這些特性。

2.6 矽膠管內神經再生之細胞學變化

以矽膠管進行神經導管接合術來修復大鼠截斷的坐骨神經，在管內 可見神經再生的典型細胞學變化如下:

液體堆積(fluid accumulation)

接合後 24 小時內，矽膠管內充滿了淡黃棕色液體，此液體含有血 清及其他細胞體液^[115]。有研究顯示此液體，包括 fibronectin、laminin 等神經營養成長因子能促進體外培養的神經元生長^[116]。Williams 等人

[117]發現在為期 4 星期的實驗中，管內液體在實驗期中均圍繞著再生的神

經組織。

纖維橋的形成(fibrin bridge)

術後七天內，逐漸在管內形成易碎的纖維橋(含 fibroblast、

fibronctin、leukocyte、erythrocyte)沿著管的中軸移動，之後接合

兩斷端^[118]。Williams 等人也指出，接合後一星期的再生神經是由 fibrin

matrices 組成，其中包含了 mast cell 和紅血球等。這纖維橋提供了陸 續遷入的 fibroblast、Schwann 細胞及軸突一個良好的支持。接合後 14 天，經染色後的纖維橋，可見微小細絲狀的 fibronectin 及 laminin。

纖維橋通常中段較細而兩端較粗，其截面積在神經再生的初期(1 星期內) 也比其他時間大^[123]。

纖維母細胞移行(fibroblast migration)

接合後 1 星期，纖維母細胞開始增生且從兩斷端進入纖維橋，這些 纖維母細胞外觀上呈現長梭形且缺少基底膜，內部有明顯擴張的粗內質

網^[119,123]。一旦纖維母細胞進入纖維橋，這些細胞會在矽膠管內形成一

向心形狀的細胞層，層層包圍著兩斷端。之後這些細胞會由斷端進入纖 維橋的核心區。2 星期後，數層向心狀排列的纖維母細胞已圍繞著纖維 橋的核心區。

Schwann 細胞移行(Schwann cell migration)

用 Toluidine blue 染色時可看到 Schwann 細胞內有一個卵圓形、

白色的細胞核和中密度的細胞質^[120]。Schwann 細胞的增生和遷徙在 神經接合後的 1 星期較明顯，這與再生神經中 Schwann 細胞的 Mitogenic factor 有關。Schwann 細胞自兩段瑞進入纖維橋，它的基底膜提供了再 生軸突吸附及生長的基質^[118,123]。

血管芽形成(vascular sprout)

血管細胞在神經軸突生長的環境上，扮演舉足輕重的角色。接合後 的 2 星期自斷處長出血管芽，在再生細胞的邊緣和中央處可發現血管

[119]。Williams 等^[117]觀察到接合後的 4 星期，整條再生神經(l0mm)均可

看到血管的存在。Jenq 與 Coggeshall^[119]也發現接合後的 8 星期，管內 再生細胞血管數與血管大小(平均血管數 48 個，最大直徑 70μm)有增加 的趨勢。Danielsen 等^[120]則發現生長促進物質(如: rat amnion membrane

看到血管的存在。Jenq 與 Coggeshall^[119]也發現接合後的 8 星期，管內 再生細胞血管數與血管大小(平均血管數 48 個，最大直徑 70μm)有增加 的趨勢。Danielsen 等^[120]則發現生長促進物質(如: rat amnion membrane