環境因子

環境因子對神經軸突的再生有相當大的影響，目前研究的重點在於 Schwann cell、外基質與神經營養因子等部分。

Schwann cell

Schwann cell^[29-32]在正常的髓鞘化或未髓鞘化的神經旁是非活動性 的，其細胞核有豐富異染色質(heterochromatin)，在軸突斷傷後就會 很快的活化。當局部的髓鞘殘骸被巨噬細胞吞噬移除後， Schwann cell 快速增生，並形成 Schwann 細胞柱，提供再生的軸突生長到目標組織的 途徑。另外，許多神經營養因子正是來自 Schwann 細胞柱，顯示了 Schwann cell 在此的重要性。

細胞外基質

細胞外基質填滿在細胞之間的空隙中，是由周圍的細胞分泌而來，

其中包含了三種主要的蛋白質成分:膠原蛋白(collagen) ^[33]、細胞附著 分子(cell adhesion molecule)與糖蛋白(glycoprotein) ^[34]。其中膠原 蛋白提供張力與彈性；細胞附著分子與細胞膜上的接受體蛋白結合；糖 蛋白則為細胞的緩衝器。

基底層

基底層(basement membrane)是一層特化的細胞外基質，厚約 60-100 nm，主要由細胞附著分子(如 laminin、nidogen、perlecan)與第四型的 膠原蛋白構成。它一面與細胞膜上的接受體蛋白結合，另一面則與疏鬆 結締組織纖維狀的膠原蛋白結合，使細胞能附著於結締組織上，形成功 能性的接合。基底層也是神經細胞的骨架，Schwann cell 的基底層在軸 突再生時就扮演了非常重要的角色。在移去 Schwann cell 的基底層管 的實驗中發現，再生的軸突會沿著 Schwann cell 的基底層內側面生長。

在神經內膜的結締組織中，沒有任何軸突是生長在基底層管的外面^[35]， 代表基底層的內側必含有某些細胞附著分子，使再生的軸突以極有效率 的方式附著在表面。

神經營養分子

神 經 營 養 分 子 的 種 類 有 很 多 ， 較 人 熟 悉 的 有 神 經 生 長 因 子 (NGF) ^[36]與 腦 源 性 神 經 營 養 因 子 (brain-derived neurotrophic

factor,BDNF)。它們主要來自於 Wallerian 退化時增生的 Schwann cell 與遠端所形成的 Schwann 細胞柱。Schwann 細胞柱的基底層也有助於保 存神經營養因子，以誘發軸突的再生。

2.4 週邊神經斷傷後的修補技術

神經斷傷造成的間距，會影響神經的再生與預後，所以斷傷的間距 是選用何種神經接合術最重要的考慮因素。就目前而言，神經因外傷或 其他因素截斷後有以下幾種修補技術:

斷端縫合術(End-to-end suturing) 組織黏著劑黏合法(Tissue adhesives) 雷射神經縫合法(Laser neurorrhaphy) 神經移植術(Nerve grafting)

神經導管接合術(Nerve bridging)

綜合的說前面三種修補技術只適用於截斷間隙較短且少於數毫米 的神經；若是當斷口間距較大，尤其間距大於 l0mm 甚至 15mm 以上時，

直接縫合會因張力過大使受傷的神經段處於不良環境，所以選擇後二者 修補技術治療。自體神經移植手術可避免因免疫造成的排斥問題，在臨 床上有良好的癒合率，但最大的缺點就是移植神經往往和缺陷神經不相 吻合，且神經移植段的取得來源十分困難且有限，另外取得神經移植段 同時可能會導致其他部位功能的損壞^[37-40]。所以當周邊神經斷裂間隙較 大時，神經導管接合術為比較好的選擇方法，近年來在神經導管接合術 領域的研發及應用已漸漸受重視。

2.4.1 神經導管接合術(Nerve grafting) 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

多孔的神經管(如:Milipore)是由高生物相容性的聚酯纖維所製成