以聚乳酸酯纖維編織而成的多孔性神經導管充填銀杏葉酯對截斷大鼠坐骨神經再生影響之評估;Evaluation of Porous Nerve Guide Conduits Filled with Bilobalide and Made of Braided Poly-lactic Acid

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(1)中國醫藥大學中國醫學研究所碩士論文編號：GICMS-316. 指導教授：吳宏乾博士共同指導教授：陳悅生博士林佳弘博士. 論文題目以聚乳酸酯纖維編織而成的多孔性神經導管充填銀杏葉酯對截斷大鼠坐骨神經再生影響之評估 Evaluation of Porous Nerve Guide Conduits Filled with Bilobalide and Made of Braided Poly-lactic Acid. 研究生：黃彥廷. 中華民國九十六年六月.

(2) iv.

(3) v.

(4) 目錄 1. 第一章前言 1.1 背景資料. 1. 1.2 協助周邊神經再生的方法. 1. 1.3 聚乳酸酯在神經再生方面的應用. 3. 1.4 銀杏葉酯在神經再生方面的應用. 5. 1.5 研究的動機與目的. 5 6. 第二章文獻回顧 2.1 神經系統(Nerve System). 6. 2.1.1 神經元. 6. 2.1.2 中樞神經系統. 7. 2.1.3 周圍神經系統. 8. 2.2 周圍神經損傷. 8. 2.2.1 周圍神經損傷的原因. 8. 2.2.2 周圍神經損傷的分類. 9. 2.2.3 周圍神經損傷後所經歷的退化現象 2.3 周圍神經損傷後的修復與再生. 10 11. 2.3.1 神經細胞本體的恢復. 11. 2.3.2 軸突的重生. 11. 2.3.3 環境因子. 12. 2.4 神經斷傷後的手術治療方式. 13. 2.4.1 斷端縫合術(End-to-end suture technique). 14. 2.4.2 組織黏著劑黏合法(Tissue adhesives). 14. 2.4.3 雷射神經縫合法(Laser neurorrhaphy). 14. 2.4.4 神經移植手術. 15. 2.4.5 神經導管接合術. 15. 2.5 神經導管的種類與應用. 16. 2.5.1 生物材質為主之材料. 16. 2.5.2 人工合成之材料. 19 vi.

(5) 2.5.3 製作神經導管的方法. 21. 2.5.4 神經導管內添加的各種因子. 23. 2.6 周圍神經損傷在傳統中醫中的觀點與相關的中醫病證. 25. 2.6.1 神經系統在中醫學上的定位. 25. 2.6.2 周邊神經斷傷與相關之中醫病證. 27 28. 第三章材料與方法 3.1 主要材料與設備. 28. 3.2 製備以聚乳酸酯纖維編織而成的神經導管. 30. 3.2.1 製備編織導管用的聚乳酸酯(PLA)紗線. 31. 3.2.2 紡織製管流程. 32. 3.2.3 精製導管. 35. 3.2.4 以掃描式電子顯微鏡觀察神經導管. 36. 3.3 皮下包埋實驗. 37. 3.3.1 動物分組、麻醉與包埋手術. 37. 3.3.2 發炎反應與生物相容性的評估. 38. 3.4 動物實驗. 38. 3.4.1 動物分組、麻醉與坐骨神經的神經導管接合術. 39. 3.4.2 電生理檢測與導管降解情形的觀察. 40. 3.4.3 神經再生情形與術側腓腸肌萎縮程度的評估. 41 42. 第四章結果 4.1 神經導管. 42. 4.2 皮下包埋實驗. 43. 4.3 神經導管接合術實驗. 45. 4.3.1 大鼠外觀變化. 45. 4.3.2 導管降解情形與電生理檢測結果分析. 47. 4.3.3 神經再生情形與術側腓腸肌萎縮程度的評估. 50 56. 第五章討論 5.1 孔徑大小對神經再生的影響. 56. 5.2 膠原蛋白(collagen)對周圍神經再生的影響. 57. 5.3 聚乳酸酯(PLA)對周圍神經再生的影響. 58. vii.

(6) 第六章結論. 60. 參考文獻. 62. 英文摘要. 76. viii.

(7) 圖目錄圖 1.1. 乳酸的結構式. 4. 圖 1.2. 丙交酯開環縮聚為聚乳酸酯. 4. 圖 3.1. 多孔性聚乳酸(PLA)導管製作流程. 30. 圖 3.2. 加撚前後的紗線與製成導管後的管壁結構. 32. 圖 3.3. 十六錠編帶機. 33. 圖 3.4. 編帶機編織結構示意圖. 33. 圖 3.5. 棘齒輪與攜紗器運動示意圖. 34. 圖 3.6. 實心織物模型. 35. 圖 3.7. 真空蒸鍍器. 36. 圖 3.8. 掃瞄式電子顯微鏡. 36. 圖 3.9. 神經導管皮下包埋部位. 38. 圖 3.10 神經導管接合術縫合模型. 40. 圖 4.1. 光學顯微鏡下的兩層結構神經導管. 42. 圖 4.2. 掃瞄式電子顯微鏡下的兩層結構神經導管. 43. 圖 4.3. 明顯的發炎細胞聚集. 43. 圖 4.4. 一週後，發炎細胞聚集. 44. 圖 4.5. 二週後，形成薄層異物膜. 44. 圖 4.6. 四週後，異物膜逐漸增厚. 44. 圖 4.7. 大鼠足趾自殘現象. 45. 圖 4.8. 神經導管接合術後八週取出神經導管前的外觀圖. 47. 圖 4.9. 電生理檢測數據圖示. 49. 圖 4.10 再生神經切片(A 組). 50. 圖 4.11 再生神經切片(B 組). 50. 圖 4.12 再生神經切片(C 組). 51. 圖 4.13 再生神經組織學定量數據圖示. 53. 圖 4.14 大鼠術側的腓腸肌標本. 54. 圖 4.15 腓腸肌標本重量數據圖示. 55. ix.

(8) 表目錄表 4.1 動物體重與足趾觀察記錄. 46. 表 4.2 大鼠體重變化與自殘與否的統計與比較. 47. 表 4.3 電生理檢測數據分析. 48. 表 4.4 再生神經組織學定量數據分析. 51. 表 4.5 腓腸肌標本重量數據分析. 54. x.

(9) 以聚乳酸酯纖維編織而成的多孔性神經導管充填銀杏葉酯對截斷大鼠坐骨神經再生影響之評估. 研究生：黃彥廷指導教授：吳宏乾博士中國醫藥大學中國醫學研究所在修復受損的周邊神經上，神經導管接合術是最具發展潛力的方法之ㄧ。已有許多學者以不同的可降解性材質，如膠原蛋白、明膠、聚乳酸、聚羥基乙酸、甲殼素等，嘗試製作出合適的神經導管。其中的聚乳酸依其熱可塑性的特質，可用熱融紡絲的方式將材料製成紗線。在最近的文獻中也指出，有較大表面積的神經導管對細胞的貼附與生長均有正面的幫助。此外，當可通透性導管的管壁上的孔洞愈大時，愈能提供營養與代謝廢物交換的管道；同時，這些孔洞也能固定纖維母細胞，藉此降低對生長中的軸突所產生的收縮壓迫，並增加其降解速率。另外，在許多的植物萃取物中，銀杏葉酯已被證實能促進神經再生；且只有在適當的濃度之下，銀杏葉酯的作用才能發揮到最大。本實驗以聚乳酸纖維為基材，結合紡織編帶技術，製作出具有均勻孔洞結構的神經導管；重量 0.0255 g ± 3 %，內徑約 1.74 mm。再充填以 100 µM 的銀杏葉酯與 Collagen，用以橋接 10 mm 的大鼠坐骨神經間距。八週後各組導管在巨觀下仍完整，且神經再生成功率達 100 %。然而，顯微鏡下發現神經成熟度偏低。且再生軸突數目的組內差距相當大，組間比較亦未達顯著水準。. 關鍵字：周邊神經再生、編織、多孔性神經導管、聚乳酸、銀杏葉酯. 1.

(10) 第一章前言 1.1 背景資料自古生代以來，多細胞生物在求生存的過程中，演化出許多分化精細的組織或器官，分別負責不同的工作，以維持個體的生命與種族的繁衍。但分化的功能愈精細成熟，細胞的再生或分化能力就愈低。兩百萬年前，人類的遠祖以優越的腦容量與分化精細的神經系統，逐漸超越其他物種，成為地球上數量龐大的一個群體。相對的，人類的成熟神經組織對傷害的再生與修復能力，也遠遜於其他物種或個體內的其他組織。依照目前的醫學與科技，對中樞神經或周邊神經細胞本體的損傷，尚無法提供有效的治療方法，幹細胞的培養與研究雖然提供了一個方向與契機，但在實際的應用上仍存有許多困難與疑點等待克服。反觀在周邊神經的損傷斷裂，只要神經細胞本體沒有損傷，軸突本身是可以修復與再生的，但在未介入治療的情形下，再生現象仍存有相當大的限制。根據美國的統計，每年有 36 萬人發生上肢麻痺症候群(Upper extremity paralytic syndrome)，且在急診室的創傷患者中，約有 2.8%合併有周邊神經的損傷[1]，可見發展適合的技術並適時地介入周邊神經的修復與再生是有其必要性的。. 1.2 協助周邊神經再生的方法目前，針對周邊神經的損傷，已發展出許多種不同的治療方式，主要分為五大類[2]，分別是斷端縫合術(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)與神經導管接合術(Nerve bridging)。當周邊神經斷損時，神經斷口間隙(gap)的大小決定了該選用何種神經接合術。因為當斷 1.

(11) 損間距較長，尤其是間距大於 10 mm 甚至 15 mm 以上時，直接將兩斷端接合會因過度牽張，使受傷的神經段處於不利的修復環境中，造成再生或修復的失敗。因此，前三種修復技術僅適用於斷口間隙少於數 mm 的神經；而後二者即為神經斷口間隙(gap)較大時，較好的治療方式。神經移植手術(Nerve grafting)可以選擇自體移植(Autograft)或異體 (Allograft)移植。異體移植會引發較強烈的發炎與排斥反應，這對神經的再生相當不利。自體移植雖然可避免免疫排斥反應，在臨床上有良好的癒合率，但此種方法最大的缺點，就是神經移植段的取得來源十分困難且有限，並在取得神經移植段的同時，可能會導致其他部位的功能喪失。所以周邊神經斷裂間隙較大時，神經導管接合術為值得考慮選用的方法，近年來神經導管接合術的研發及應用已漸漸受到重視。神經導管接合術(Nerve bridging)是將神經兩斷端，以手術縫合於一導管(nerve guide conduits, NGCs)的兩端，利用此導管來導引及支援再生神經纖維成長，其優點有四：1.植入神經導管處較無結締組織增生而影響正常神經生長；2.導引再生神經往正確的方向生長；3.減少神經生長因子的流失；4.將抑制神經再生的因子排除於導管外[3]。在過去，學者們應用了許多不同的材料來充當或製作神經導管，包括源自生物體本身的血管[4]、金屬材料 tantalum[5]和不鏽鋼[6]、矽膠管(silicone tube) [7]、可降解的生物材料[8,9]、可降解的高分子聚合物[10,11]等。值得注意的是，運用可在生物體內分解的材料所製造的可降解性神經導管，免除了植入神經導管患者必須經由第二次手術移除導管的手術風險及痛苦，並可避免植入的神經導管長時間於體內刺激而造成的慢性組織反應[12]。而理想的降解性神經導管至少應具備以下四項條件：1.手術時要易於縫合；2.材質的機械強度足以提供並保護神經再生之空間； 3.完全裂解所需時間較長，以充分保護再生的神經軸突延伸至間隙的遠端；4.材質的生物相容性佳，以免與周圍組織產生過度免疫反應，並可提供神經軸突生長錐爬行之介面，穩定神經纖維結構。另外，學者們也發現，神經導管的管壁若存有孔洞狀的結構，神經再生的成功率也較好 [13] ；至於選用何種方法製造多孔支架並無絕對優劣，端視材料的特性而定。目前已有幾種可製備高度孔隙率，且為生物 2.

(12) 體所能降解的聚合物支架之方法，較常使用的是纖維鍵結法 (Fiber bonding )[14-21]、溶劑鑄造/鹽析法(Solvent casting / particulate leaching)[22,23] 與冷凍乾燥法(Emulsion freeze drying)[24-26]。其中纖維鍵結法是將天然或聚合而成的高分子纖維利用編織、纏繞或者以特定成分加以固定，使纖維之間形成孔洞。且與其他方法相比，孔洞的大小與分佈十分均勻，明顯優於其他方法，但缺點是機械強度較弱[27]。. 1.3 聚乳酸酯在神經再生方面的應用聚乳酸酯(PLA)是乳酸(lactic acid)經過聚合以後形成的高分子材料，特性與一般來自石化產業的熱可塑性高分子聚合物(也就是塑膠)類似。乳酸，又叫 α-羥基丙酸，是 1850 年美國 Sdude 首次從酸奶中發現的。分子式為 CH3CHOHCOOH，它存在於酸牛奶和血液中(肌肉的無氧運動也會產生乳酸)。共有三種結構形式，即兩種旋光異構型(L 型與 R 型，如圖 1.1)和一種無光學活性結構(DL 型，即外消旋型)。乳酸吸濕性強，一般呈漿狀流體，若經減壓蒸餾和分步結晶，可得純晶體，熔點隨結構不同而不同，左旋體和右旋體為 53 ℃、外消旋體為 18 ℃。乳酸的製造方法目前主要有三個途徑。(1)澱粉發酵法：以玉米、大米、蔗糖、甜菜、紅薯、馬鈴薯為原料。(2)乙醛-氫氰酸法：用乙醛和氫氰酸反應生成乳酸，經酯化成乳酸酯，再分解為乳酸。(3)丙烯法：採用丙烯與硫酸反應，生成乳酸，經酯化、精餾得精酯，再水解成乳酸[28-32]。其中又以使用農作物的澱粉發酵法最有價值。由玉米澱粉經水解製成葡萄糖，再由乳酸桿菌發酵製成鹼性乳酸鹽(乳酸的結構比是由乳酸桿菌菌種決定的)，經淨化，電滲析工藝製成純淨的乳酸，其中 99.5%為左旋乳酸， 0.5%為右旋乳酸。由於乳酸分子中同時具有羥基和羧基，因此兩個乳酸分子之間可進行酯化生成丙交酯，而丙交酯正是生成聚乳酸酯的基礎。. 3.

(13) 圖 1.1 乳酸的結構式由乳酸製造聚乳酸酯(PLA)可採用兩種工藝，一種是直接縮聚法，即在真空條件下，採用溶劑使之脫水縮聚；一種是非溶劑法，使乳酸生成環狀二聚體(丙交酯)，再開環縮聚成 PLA(如圖 1.2)。聚乳酸酯為一生物適應性良好的生物可吸收性高分子材料，且本身就具備了緩降解性。此外，該聚合物在生物體內將分解為小分子鏈段，可隨著人體內的新陳代謝過程排出體外，且其分解產物不會殘留於體內[33]。. 圖 1.2 丙交酯開環縮聚為聚乳酸酯以 PLA 採其他製程所作出的支架大多較硬，硬度較高的導管固然沒有坍塌阻滯的顧慮，但導管硬度太高不僅容易造成周圍組織發炎，並會刺激纖維母細胞增生，根據壓力袖理論[34,35]，纖維母細胞增生不利於神經再生。由於我們要研製的是神經導管，在機械強度的要求上遠低於骨科的支持性填補材。現有的技術已能藉由熔融紡絲，或配合有機溶劑進 4.

(14) 行乾式紡絲，將 PLA 製備成纖維的型態，因此我們決定採用纖維鍵結法來製備多孔性神經導管。其優點是：1.可製作出硬度適中的神經導管； 2.可就近配合逢甲大學紡織工程研究所纖維應用與製造實驗室的紡織編帶技術，製備方法簡單；3.孔隙率相當高，孔洞大小固定且分佈規律，還可藉調整編織時的條件參數而改變；4.不需再添加化學交聯劑，不會造成殘留而危害神經再生。. 1.4 銀杏葉酯在神經再生方面的應用在近代學者的研究中指出，若配合組織工程技術將 Schwann sell 植入管中，或在神經導管中添加能夠促進神經再生的物質，都能使管中的神經軸突再生加速，跨過較長的間隙而完成再生。目前已有許多種神經刺激因子與細胞外介質被證實有助於周邊神經再生，如 NGF[36] 、 BDNF[37] 、laminin-contain gel[38] 、Collagen[39] 與銀杏葉酯(Bilobalide)[40] 等。其中銀杏葉酯是由裸子植物銀杏的葉子中所萃取出來的成分。. 1.5 研究的動機與目的近年來，導管構型為周邊神經再生的研究焦點之一。根據多數學者的研究結果發現：大的表面積有利於細胞的附著和生長[26]；較好的通透性則有利於代謝產物的交換和神經營養物質的輸送[41]；孔洞構造還可使纖維母細胞受限而減少影響軸突向遠端抽芽的環狀收縮力[42]。因此，本實驗計劃以製成纖維型態的 PLA，跨領域結合紡織編帶技術，研製出硬度低、彈性佳且具通透性之多孔材質的神經導管，並進一步填入銀杏葉酯，觀察其對截斷的大鼠坐骨神經有什麼樣的影響。. 5.

(15) 第二章文獻回顧 2.1 神經系統(Nerve System) 由於四處移動的關係，動物要面對的是一個不斷變動的環境，有時甚至必須提防其他動物的攻擊或掠食。因此，動物要在極短的時間內做出正確的反應，才能趨吉避凶；它們需要的是一套複雜的應變系統，那就是 — 神經系統。它是動物體內傳遞訊息的網路 (communication network)，使動物與環境間能有良好的互動[43]。動物們藉由感官接收訊息，再經過中樞神經對資訊的分析與整理，最後由肌肉或腺體做出反應。與內分泌系統相比，最大的差異在於神經系統的作用是藉由電訊號的傳遞為之，有著立即、特定與快速的特點。相對而言，內分泌系統則啟動於激素(hormone)的分泌，再經血液運送以作用在標的組織，速度比較慢，但作用較持久。在人類，除了外層的腦膜與穿梭其中的血管外，神經系統主要由三大類的細胞聚集而成，彼此的串連與相互間的作用十分複雜。其中神經元(neuron)形成傳遞訊息的網路；支持細胞則有神經膠細胞(neuroglia)與許旺氏細胞(Schwann cell)，它們穿插在神經元之間的空間中，負責提供協助、支持、營養或保護神經元的功能。. 2.1.1 神經元神經元的基本構造主要含三大部分：一個細胞本體(cell body)、一個軸突(axon)，與一個或多個的樹突(dendrites)。由於軸突與軸突末端都沒有核糖體(ribosome)，因此更新或修復軸突所需的蛋白質與細胞膜，都必須在細胞本體中合成後，先聚集成膜囊或多蛋白顆粒，再沿著軸突中的微小管(microtubule)順向運送到軸突末端。在神經元內，電訊號的傳遞是藉著一連串的細胞膜去極化 (depolarization)反應，以產生神經衝動(nerve impulses)。軸突末端(axon 6.

(16) terminals)的細胞質中含有許多突觸小泡(synaptic vesicle)，包裹著所謂的神經傳遞物質(neurotransmitter)，在軸突傳來電訊號的同時，將該物質釋放到突觸中，以引發下一個神經元的反應。突觸(synapse)是指軸突末端與下一個神經元相聯結的部位，大部分是在樹突上，主要由三個部分構成：前突觸膜、突觸隙與後突觸膜。前突觸膜，位於軸突末端球根狀結構的底部。突觸隙(synaptic cleft)，兩膜間的空隙，非常小，只有 20~30 nm。後突觸膜，位於下一個神經元的樹突或細胞本體上，表面有許多接受器(receptor)，可對前突觸膜所釋出的神經傳遞物質做出反應，可興奮也可以抑制，端賴接受器的種類而定。由於這類突觸需以神經傳遞物質為媒介，故又稱為化學性突觸；加上接受器並不存在於軸突末端上，因此這類的神經訊號傳遞是單向性的，只能由軸突傳給下一個神經元上的突觸，這稱為化學性突觸的單向傳導原則(The principle of one-way conduction)。此外，也有電性的突觸，兩個神經細胞間由間隙接合(gap-junction)所連結，它容許離子化的細胞物質通過，直接達到離子的傳導；特別的是，電性突觸的訊號傳遞可以朝兩個方向進行。. 2.1.2 中樞神經系統除了脊柱尾端的馬尾神經叢之外，腦膜與硬脊膜分別包覆著腦與脊髓，也就是中樞神經系統的表面。腦可再細分為大腦半球、中腦、間腦、橋腦、小腦、視丘、基底核與延髓等部分，主要負責解讀、整合、計算、儲存及傳送訊息，並發出命令給身體的其他部分。中樞神經系統內有超過一千億以上的神經元，每個神經元與其他神經元間的突觸，少則幾百個，多可至二十萬個 [44] 。中樞神經系統的支持細胞則是神經膠細胞 (neuroglia)，大體上比神經元小，但數量上則多出 5 到 10 倍，體積約佔腦和脊髓總體積的一半 [45] 。神經膠細胞有四種主要的類型：星狀細胞 (astrocytes) 、寡樹突膠質細胞 (oligodendrocytes) 、小神經膠質細胞 (microglial cell)與室管膜細胞(ependymal cell)。. 7.

(17) 2.1.3 周圍神經系統周邊神經包括腦神經和脊神經，每一條周圍神經都由平行的神經纖維束組成，而這些纖維可能是向心或離心的軸突；也可能是髓鞘化或無髓鞘化，但外面都包有結締組織形成的鞘膜。神經幹的外圍包著一層緻密的結締組織鞘膜，稱為神經外膜(epineurium)。在此膜內有一束束的神經纖維，每一束纖維外包裹的結締組織鞘膜，稱為圍神經膜 (perineurium)。而在每一根神經纖維間疏鬆、纖細的結締組織則為神經內膜(endoneurium)。這些結締組織鞘膜用以支持神經纖維及相關的血管與淋巴管。髓鞘有點類似電線外絕緣用的塑膠包膜，由支持細胞所構成，且被蘭氏結(Node of Ranvier)分隔成固定長度但不連續的小段。髓鞘化纖維的電訊號在傳遞的過程中，是在每個蘭氏結處，以跳躍的方式傳導。因此，髓鞘能協助並加速神經傳導的速度。在中樞神經，髓鞘由寡樹突膠質細胞(oligodendrocytes)負責形成，其細胞的突起不斷延長，然後裹在軸突的外面。單一個寡樹突膠質細胞可以同時包覆 60 條神經纖維的一部份。在周圍神經系統，髓鞘由許旺氏細胞(Schwann cell)形成。不同的是，每一個 Schwann cell 只負責一條神經纖維中的一小節[45]。. 2.2 周圍神經損傷 2.2.1 周圍神經損傷的原因引起周圍神經損傷的原因很多，大致可分為物理性、化學性、缺血性或溫度等因素，但最常見的還是創傷(trauma)引起的損傷[46]。這類損傷的機轉主要是透過牽拉、擠壓或切斷，引起程度不等的神經損傷。神經撕裂傷(avulsion)，主要是由神經受到過大的張力拉扯所導致，常由牽拉四肢的力量過大引起。壓迫性的神經病變(compression neuropathy)，常發生在周圍神經幹較 8.

(18) 接近體表處，如橈神經在肱骨表面受到壓迫(Saturday night palsy)；腓神經在膝部受到壓迫(crossed leg palsy)。此類病變也常發生在易受周圍解剖構造壓迫之處。如腕隧道症候群，便是正中神經在腕橫韌帶處受到壓迫所引起。其他還有臂神經叢在胸廓出口處受到壓迫(thoracic outlet syndrome)；尺神經在肘部受到壓迫(cubital tunnel syndrome)；脛神經在踝部受到壓迫(tarsal tunnel syndrome)等[47]。神經切割傷(laceration)，大多由意外穿刺、割傷或骨折所引起。由於神經幹旁常有血管伴行，直接的神經切斷傷常一併切斷血管而引起出血，造成結締組織面的橫切，甚至出現血腫壓迫神經。這類損傷的神經再生速度很慢，且軸突再生的情形會因兩斷端的不連續間隙，或因神經束再生時的錯接，使再生預後相當複雜。有時，神經近側斷端的軸突甚至在遠側斷端位置不正確的情形下亂長，結果形成外傷性的神經瘤 (traumatic neuroma)。. 2.2.2 周圍神經損傷的分類 Sedden 在 1944 年依程度將周圍神經損傷分為三個等級[48-51]：神經失用(Neuropraxia)、軸突斷傷(Axonotmesis)與神經斷傷(Neurotmesis)。神經失用(Neuropraxia)：在連續的軸突內出現局部傳導阻斷的現象，而神經纖維的可興奮性仍然存在。這類損傷本質上屬於暫時性的功能干擾，常見於因擠壓而造成的急性局部去髓鞘現象，在顯微鏡下無神經纖維變性。傳導阻斷可持續數週或數月，但當局部髓鞘修復後即痊癒，預後極佳。軸突斷傷(Axonotmesis)：顯微鏡下可發現軸突損傷而喪失連續性，但周圍的神經內膜(endoneurium)仍完整。常見於神經受到過度的擠壓或拉扯後，軸突受損而斷傷，使軸突的遠端出現 Wallerian 退化(Wallerian degeneration)。但由於周圍的結締組織鞘膜保持完整，使大多數的纖維彼此間仍保持相對的解剖關係。軸突可沿著原本的途徑再生，最後再支配原來的目標組織，預後亦相當良好。值得注意的是，軸突再生的速度相當緩慢，約只有 2~4 mm/day，若把通過受損處的延遲考慮進來，則約 9.

(19) 只有 1.5 mm/day。這個數字在臨床上評估復原進度時相當有用[45]。神經斷傷(Neurotmesis)：意指神經幹整個遭到截斷，包括軸突、髓鞘、神經內膜、圍神經膜與神經外膜。這類損傷通常需要以手術介入治療，但預後仍不佳。若斷傷時伴有神經幹的缺損與不連續間隙，將使再生與手術更加困難。 Snuderland 在 1951 年把周圍神經損傷分為五個程度(degrees)[51-53]。第一度、第二度與第五度分別同等於 Sedden 提出的神經失用、軸突斷傷與神經斷傷。第三度指的是軸突與神經內膜喪失連續性，但圍神經膜與神經外膜仍完好；第四度指的則是軸突、神經內膜、圍神經膜都受損，只剩神經外膜仍完好。Snuderland 也提到，程度在第三度以後的傷害，其預後都不佳(poor)。. 2.2.3 周圍神經損傷後所經歷的退化現象根據 Sunderland 的分類，神經受損在第二度以上時，截斷處遠端的神經纖維會先出現 Wallerian 退化(Wallerian degeneration)。其典型的變化由受傷處開始，逐漸向遠端蔓延。第一天，軸突變的膨脹且不規則；到了第三天或第四天，軸突斷裂成片段，而殘骸被周圍的 Schwann cell 與巨噬細胞所消化，整個遠端軸突在一週內被破壞殆盡。同時，軸突周圍的髓鞘也慢慢地被破壞分解，並在 Schwann cell 出現一些脂肪小滴。接著，Schwann cell 將脂肪小滴排出，讓組織間的巨噬細胞吞噬之。然後， Schwann cell 開始很快的複製分裂，並在基底膜內排列成索狀。這種成索狀的 Schwann cell 與神經內膜合稱為帶狀纖維(band fiber) [45]。如果神經沒有成功再生，原本的空間將會被纖維母細胞所產生的纖維組織所取代。截斷處近端的變化與遠端相似，但破壞只向近端蔓延到最近的第一個蘭氏結處。軸突的損傷將使神經細胞本體出現一些變化，稱為逆行性退化 (retrograde degeneration)；且在受傷後前兩天的變化十分具有特色，並在兩週內到達顛峰。軸突損傷後，可見到 Nissl material 變細，呈顆粒狀， 10.

(20) 且分散在細胞質內，稱為染質溶解(chromatolysis)，也有人譯為色素溶解。染質溶解始於軸索阜(axon hillock)，並由此延伸至整個細胞質。此外，在細胞本體中央的細胞核向細胞周邊移動，細胞本體則膨脹變圓。若軸突受損的位置愈接近細胞本體，則染質溶解與細胞水腫的程度將愈嚴重，有時甚至會造成神經元的死亡。. 2.3 周圍神經損傷後的修復與再生 2.3.1 神經細胞本體的恢復過程大致和逆行性退化相反，但細胞本體的恢復和神經突起的再生有時需耗費數個月才能完成。當細胞核向細胞本體中央移動，細胞水腫減輕，並在細胞質出現原始 Nissl materials，表示 RNA 和蛋白質的合成加速，準備進行軸突的再形成。. 2.3.2 軸突的重生經歷過 Wallerian 退化後，軸突的再生包含了三個階段：軸突萌芽 (axonal sprouts)、再生軸突的延伸(regenerating axon outgrowth)與再支配 (reinnervation)。在周邊神經，神經斷裂處的細胞殘骸都被移除後，Schwann cell 在該缺口之中大量分裂，並行成索帶狀的結構。而後在每個近端軸突的終點，也就是近端的最後一個蘭氏結處，會出現很多具有膨大的頭的細胞芽或纖絲(multiple fine axon sprouts or filaments)。這些軸突芽沿著 Schwann cell 形成的索帶間的空隙前進，穿過因損傷而形成的缺口，準備延伸進入遠端某個神經內膜與 Schwann cell 形成的神經內管中。有趣的是，有許多來自不同軸突的萌芽或纖絲會長入一個神經內管中，但最後只有一個會繼續存在，其他的將會退化消失。當此軸突芽繼續沿著遠端神經遺留的路徑到達末端組織或器官時，將會重新活化並啟動對該目 11.

(21) 標組織的支配。同時，相鄰的 Schwann cell 由損傷處開始，向遠端逐漸覆蓋此軸突，並進一步纏繞而形成髓鞘。至於為什麼一個神經內管會選擇某條軸突萌芽，其他的都會退化，目前還不清楚。在中樞神經，許多軸突萌芽會從最後一個蘭氏結處長出，但只持續約兩週便告終止。這也許是因為寡樹突膠質細胞缺乏與 Schwann cell 類似的特性，而且活躍的星狀細胞會很快地形成疤痕組織阻擋再生所致。要達到滿意的軸突再生與功能的恢復，受到許多因素的影響。1.若神經因擠壓而受傷，雖有軸突的斷傷或供血的受阻，只要神經內膜保持完整，則再生的成果是相當令人滿意的。2.若神經遭完全切斷，由於近端的軸突萌芽再生時，缺乏正確的途徑可以依循，將會出現部分遠方目標組織的錯接。如某條運動神經纖維所支配的肌肉與以往不同。3.若神經端傷後兩斷端間出現數 mm 以上的間隙(gap)；或間隙很小，卻被增生的纖維組織或鄰近的肌肉所填滿，那復原的機會將微乎其微。向遠端長出的軸突萌芽，將長到周圍的結締組織中，形成一團纏繞的組織團塊或神經瘤(neuroma)。這類的病例，若在早期就以外科手術介入治療，使兩斷端互相靠近，並避免結締組織的干擾，對復原將有明顯的幫助。4.若遭截斷的神經是混和性的神經(包含了運動性、感覺性與自主神經纖維)，復原的機會將比單純感覺或運動的神經要小得多，原因是再生神經纖維的錯接。5.若傷口出現感染，將嚴重干擾再生過程，復原的機會自然更加渺茫。6.麻痺的肌肉若缺乏足夠的復健或刺激，將導致在再生軸突到達之前就先行退化萎縮了。. 2.3.3 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、細胞外基質與神經營養因子三部分[7]。 Schwann cell 在正常的髓鞘化或未髓鞘化的神經旁是非活動性的，具有豐富異染色性(heterochromatin)的細胞核，但在軸突出現斷傷後，就會很快地活化。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不 12.

(22) 可或缺的途徑。另外，許多神經營養因子正是來自 Schwann 細胞柱，充分顯示了 Schwann cell 在此的重要性。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：細胞附著分子 (cell adhesion molecule)、糖蛋白(glycoprotein)與膠原蛋白(collagen)。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[54]。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或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。在去除 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，也沒有任何軸突是生長在基底層管的外面[54]；並指出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。神經營養因子的種類有很多，較為人所熟悉的有神經生長因子 (nerve growth factor, NGF) 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。同時，Schwann 細胞柱的基底層也有助於保存神經營養因子，藉以誘發軸突的再生。. 2.4 神經斷傷後的手術治療方式針對周圍神經的斷傷，目前主要有五種不同的治療方式；至於應選用何種接合方式，神經斷裂的間距大小是最重要的決定因素。. 13.

(23) 2.4.1 斷端縫合術(End-to-end suture technique) 斷端縫合術是將神經受損的兩斷端拉近、對齊並以縫線縫合之。依縫合位置不同可分為兩大類：神經外膜縫合法與圍神經膜縫合法。另外，在進行神經接合時，除了神經兩斷端需對齊外，還需注意縫合後的神經接合面不能有太大的張力以避免神經再生受影響。神經外膜縫合法[55-60]，就是將神經的斷面清創後，將平整的兩斷端對齊，再於神經外膜處縫合。由於術後數日內吻合處會水腫，故縫合時，縫線張力不宜過緊。這是目前最簡單的神經修復方法，但不能保證神經幹內的神經束能完全吻合[61]，因此預後較差。圍神經膜縫合法，就是用縫線逐一縫合相對應的神經束或神經束群，縫合的位置則是在圍神經膜上。與神經外膜縫合法相比，神經束較能吻合，因此預後應較佳；但因手術所需時間較長，且常造成較嚴重的周圍組織傷害，因此術後水腫的問題仍有待克服。目前最精細的縫合法是以單一神經束為單位而實行的圍神經膜縫合法，相當耗時且易於產生疤痕組織，大多只應用在單獨並具有特殊功能的神經束接合上[62]。. 2.4.2 組織黏著劑黏合法(Tissue adhesives) 此法是先將神經斷端清創，藉著暫時縫合離斷面較遠的神經外膜，以固定接合處。接著在接合面的外部包以纖維蛋白膠，希望能減少縫線所可能造成的異物反應。但有學者發現其結果並沒有優於神經外膜縫合法[63,64]。. 2.4.3 雷射神經縫合法(Laser neurorrhaphy) 此法是以雷射來接合神經斷傷的地方，希望能免除因縫線所造成的異物反應。依能量高低可分為兩種可分為低能量雷射與高能量雷射兩種。低能量雷射神經縫合法適用於單一神經束或較細的神經，它以血液當作黏著物，以雷射加熱後黏合受損神經兩斷端。高能量雷射神經縫合 14.

(24) 法則是直接在神經斷傷處的神經外膜上進行燒灼吻合，較常用於較大的神經。根據學者的研究指出，因雷射所產生的能量會對受損的神經纖維造成進一步的熱傷害；且其結果並沒有優於神經外膜縫合法，所以使用上仍優先選擇神經外膜縫合法[65,66]。. 2.4.4 神經移植手術(Nerve grafting) 前述三種方法在神經斷傷處間隙較大的時候，常因接合處的張力過大，使手術後的預後更差。Balance 在 1932 年時嘗試以自體神經移植的方式來修補斷傷的神經，克服了間隙過大便無法直接縫合的問題。術後神經再生的情況相對而言相當良好，目前此法已經成為臨床上修復神經缺損的一種標準作法。但缺點是所需的移植神經取得相當困難，而且取下神經移植段後會導致其他部位功能的缺損。目前最常被用來提供神經移植段的是小腿的 sural nerve，因為它能取得較大的長度。再加上分支少、厚度適合；且內含的神經束，從單一神經束至多重神經束均有，故最常用於神經移植。也有相當多的學者曾嘗試以其他的自體組織，如靜脈、動脈、肌肉或翻轉的靜脈等，作為橋接斷傷的神經的方法[4,5]。目前的標準作法如下：移植前，先移除局部已形成的疤痕組織或神經瘤，再將兩斷端附近之神經外膜移除，並分離兩斷端之神經束群。在盡可能避免錯接的前提下，逐一為植入段與兩斷端的神經束群做圍神經膜縫合術(interfascicular nerve grafting)。手術時，只需以非常細之線，如 10-0 nylon，縫 1-2 針，使斷端保持接合狀態即可。若術後仍出現疤痕組織形成，且阻礙了神經的再生，則此處最好再手術重新接合一次。. 2.4.5 神經導管接合術此方法亦可用於較長的神經間隙缺損。先用生物或非生物的材料製成適當大小的導管，再將神經的兩斷端分別放入管內，並將神經外膜固定在管壁上[67]，讓神經軸突沿著管腔從近端長入遠端。神經軸突的再生能力並不強，遇到障礙就會停止，而神經導管使再 15.

(25) 生軸突的微環境從周圍環境中完全獨立出來。它能提供並維持軸突生長所需的環境，保留內源性和外源性的神經營養因子、生長因子等刺激物質，以促進軸突生長。此外，還可防止周圍結締組織侵入，提供保證神經再生的通道，進一步避免神經瘤的形成[68]。同樣的，將神經導管應用在自體神經移植段的提供處(donor site)，也可避免創傷性神經瘤的形成。值得注意的是，神經導管中的微環境可藉人為方式加以控制或改變，這為神經營養因子的研究者提供了一個可靠的研究工具[69,70]。. 2.5 神經導管的種類與應用依據製作神經管時所選用的材料不同，可大致分為生物材質為主之材料(biological materials)，及人工合成之材料(synthetic materials)二大類。此外，也可在神經導管內或製作神經導管的材料中加入一些物質，創造一個更有利於神經再生的微環境。. 2.5.1 生物材質為主之材料又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。靜脈導管是生物結締組織性導管的代表。Willims 等[71]曾證實，失去神經支配的血管具有趨化神經再生的作用；而 Ochi 等[72]的實驗證明，血管所產生的趨化物質主要出現在血管外。故有人嘗試把靜脈內外翻轉，用以橋接斷傷的周邊神經，發現效果明顯優於常規靜脈橋接法[8,73]。其機轉可能是因為靜脈的外膜上，含有少量的自主神經纖維及其伴隨的 Schwann cell。靜脈段取下後，便失去了神經的支配，外膜上的 Schwann cell 將會出現活化、增殖、分泌等一系列的生理病理反應，使翻轉的靜脈恰好類似內置入 Schwann cell 的神經導管。再加上靜脈外膜富含膠原成分，同時加速了神經的再生。然而，在臨床使用上，靜脈導管的統計 16.

(26) 報告並不理想。Malizos 等[74]提出修復 52 條手部感覺神經的結果，發現與直接縫合斷端(25 條)的神經相比，靜脈移植組(27 條)效果稍差。Chiu 等[75]則報導手術治療手和前臂神經缺損 22 例(34 條)，結果顯示直接縫合或神經移植較靜脈移植效果好。這可能是因為靜脈壁較薄，易被周圍的疤痕組織壓迫而塌陷，導致管腔過度狹窄造成。此現象在植入的靜脈愈長時愈容易發生，故靜脈移植只適合於神經缺損間隙小於 30 mm 的患者。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。更重要的是，變性肌肉組織中含有膠原纖維 (collagen)和層粘連蛋白(laminin)；它們能促進神經軸突生長，並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[9,76]，不過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 等[77]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還好，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[78]左右。膠原蛋白十分適合作為生醫材料。它不僅無毒性、可降解、生物相容性高[79]，還可任意塑造其外型；又能藉酵素處理或特定的官能基修飾作用，改變其性質或功能。1991 年，Archibald[80]等人開始嘗試研發以膠原蛋白為基材的降解性神經導管，並深入評估其機械性質與通透度等特性。1993 年，Daniel 等[41]利用 10 mm 間隙的兔脛骨後神經缺損，比較了三種不同通透度的膠原蛋白導管(帶有較大孔洞、半通透性和非通透性)，發現具有較大孔洞的膠原蛋白導管效果較好。其原因可能是較好的通透性有利於代謝產物的交換和神經營養物質的輸送。 1995 年，Archibald[81]又以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比縫合法更好。2003 年，美國一家公司推出以膠原蛋白為基材製造的降 17.

(27) 解性神經導管[82]，業者強調其商品可以快速有效的導引神經再生，並能避免神經瘤的產生。近年來，膠原蛋白成為相當熱門的生醫材料，其應用範圍更是蓬勃發展。但美中不足的是，價格昂貴仍是它在應用上的最大缺點。明膠(gelatin)，由動物結締組織中的膠原蛋白加工萃取而來，屬於可逆的熱塑性(thermo-reversible)高分子材料。明膠粉末加入水時，會膨脹形成溶液；冷卻後形成凝膠狀的物質，加熱可使凝膠再度還原變為溶液。在生物特性上類似膠原蛋白，但分子結構上比膠原蛋白低階，故其在生物體內所引起的免疫排斥性也比膠原帶白低。由於不必像膠原蛋白一樣，經過繁複的酵素或化學性的免疫修飾程序，因此價格也便宜許多 [83]. 。由於凝膠狀的材料並無法用來製作神經導管，因此需使用交聯劑。. 2005 年，Chen 等[84]以綠梔子素(genipin)對明膠作交聯，並製作出可降解性的神經導管。結果發現對 10 mm 間隙的大鼠坐骨神經，其神經再生成功率可達到 100%。幾丁質(chitin)與幾丁聚醣(chitosan)，是甲殼素的主要成分。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。幾丁聚醣則是從幾丁質脫乙酰基而衍化來的一種高分子化合物，它與幾丁質有著類似的理化性質，但更具柔韌性[85,86]。由於甲殼素無毒性，又具有生物相容性、生物可降解性等特性，目前已被廣泛地運用在醫藥、食品、化工、生化、生醫材料、化妝美容、廢水處理等領域。1998 年，匡勇等[87]發現幾丁質及幾丁聚醣對體外培養的 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。2001 年魏欣等[88]以幾丁聚醣與膠原蛋白的複合膜所縫製成的神經導管，替截斷坐骨神經的大鼠行神經導管接合術。在術後十二週時，發現幾丁聚醣膠原複合膜有明顯的降解吸收。他又以單純斷端吻合組為對照，發現與 5 mm 間隙組的神經再生成熟度相似，10 mm 間隙組的神經再生成熟度則稍差。目前幾丁聚醣在製作神經導管方面所面臨的問題是脆性較高，當管壁較薄時易碎裂塌陷；但若管壁太厚，則可能會對再生神經產生局部壓迫作用，且延長管壁被吸收的時間。 18.

(28) 2.5.2 人工合成之材料又可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)、金屬等；第二類則包括聚乳酸(poly-lactic acid, PLA)、聚羥基乙酸(poly-glycolic acid, PGA)、聚己內酯(polycaprolactone)等。由於人工合成聚合物製備的導管不僅加工方便、重複性佳，還可準確控制規格、性質等，是目前學者們研究的方向，尤其是在可生物降解的材質方面。矽膠(silicone)，無毒性，有極佳的生物相容性，物理性質與化學性質也都非常穩定，在生物體內幾乎不會引起現嚴重的免疫發炎反應。自 1943 年以來，已有許多不同型態的矽膠產品用於生物體中，最具代表性的應是整型用材料。應用在神經導管方面，最大的缺點在於不能被人體吸收，長期滯留於人體內會壓迫神經，影響再生神經的功能。因此必須二次手術以移除導管，但這樣的缺點就大幅限制了其臨床應用性。1989 年，Merle 等[89]首先發表了 3 個周邊神經斷傷且成功地採用矽膠管進行神經管接合術的病例，術後神經再生成功且且病況穩定。但 2 年後，由於植入區出現繼發性神經損害和炎性刺激，只好二次手術取出導管。 1991 年，Lundborg 等[90]則報導採用矽膠管修復尺神經與正中神經 3~4 mm 缺損間隙的病例 11 例，並與 7 例自體神經移植對照。兩組間 3 個月時導管組觸覺較好，其他沒有差別。1999 年，Braga 等[91]又提出矽膠導管修復尺神經與正中神經等 26 例，有 7 例由於植入區炎性刺激和神經功能喪失而將矽膠管取出。此外，以矽膠製成的神經導管，也無法讓管內外進行物質交換。金屬管，和純生物性材料相比，金屬製的人工合成神經導管造成的組織反應較小。但由於金屬的堅硬及不透明等特性，還是會造成植入的困難及神經的再度傷害。目前嘗試過的材料包括 tantalum[5]與不鏽鋼[6]。聚乳酸(poly lactic acid, PLA)及其衍生物，具有良好的生物相容性、可降解性，且無毒副作用。1989 年，Aebischer 等[10]證實，管壁上孔隙的存在雖有益於神經再生，但孔隙過大反而不見得好。他們發現孔隙容許相對分子質量為 10000 的分子能出入的導管，比允許相對分子質量為 19.

(29) 100000 出入的導管，更能促進神經再生。1990 年，Hoppen 等[92]設計了一種雙層結構神經導管，以 epsilon-caprolactone 與左旋型乳酸酯 (L-lactide) 的共聚物為內層，孔徑 0.5~1 µm ，厚 10 µm ；外層是 polyurethane(PU)與聚左旋型乳酸酯(poly-L-lactide, PLLA)共混物，孔徑 30~70 µm，厚 250 µm。緻密的內層主要用來防止結締組織長入，而有大孔徑的外層則用作結構支撐，並提供毛細血管和纖維組織長入，為神經再生提供營養。他們用這種神經導管橋接 7 mm 間隙的大鼠坐骨神經，發現再生效果與自體神經移植一樣。1993 年，Dunnen[93]研製出聚左旋乳酸-聚己內酯(poly-L-lactide/poly-epsilon-caprolactone, PLLA/PCL)等共同聚合物所製成的神經導管，並發現該導管無毒性，僅有輕度異物反應。植入一個月後，導管內層開始出現生物性降解；18 個月後可觀察到導管完全崩解及繼發性炎症反應(以異物巨細胞反應和吞噬崩解碎片為特徵)。Dunnen 在 1996 年[94]利用相同材質(僅將左旋乳酸換為左右旋皆有的混和乳酸)嘗試橋接 10 mm 的大鼠坐骨神經間隙，發現 3 週後在神經遠側端即可見到有髓鞘的神經軸突；10 週後再生的神經與正常神經一樣，運動感覺功能基本恢復。1999 年，Evans[95]採熱熔融法將聚左旋乳酸(PLLA)顆粒混合一定粒徑的鹽粒製成神經導管，冷卻定型後再洗去鹽粒，可得到多孔性的導管。管壁內部的球形孔彼此連通，具有通透性。並證實這種導管對大鼠坐骨神經缺損後的再生也有幫助。2000 年， Maquet 等 [26] 用 PLA 製作出泡沫狀多孔結構的神經支架(polylactide scaffolds，孔徑 10~75 µm，孔隙率為 84%)，結果發現比定向排列的孔道等其他各組，更有利於神經細胞的貼附生長和軸突的再生。在橋接大鼠坐骨神經 5 mm 間隙的實驗中，軸突再生良好，但大部分的再生纖維爬行於支架的外側，可能與代謝營養有關。同一年，Hadlock 等[11]應用低壓注射新技術，以 85：15 的比例混合乳酸和羥基乙酸單體(glycolic acid)，製作出共聚物 PLGA。這種材料孔容積達到 90%，孔徑 60~550 µm 不等，相對分子質量約 130000。這些材料經過浸泡在 10 µg/ml 的層黏蛋白(laminin)溶液中進行預處理後，Schwann cell 的貼附能力是未做處理之材料的 5 倍，並允許神經營養因子滲入。在 7 mm 大鼠坐骨神經缺損的模型中，他們用 5 管 PLGA (孔徑 500 µm)進行橋接，六週後，神經再生 20.

(30) 情況接近自體神經移植。聚羥基乙酸(poly-glycolic acid, PGA)應用於神經再生實驗方面的成果也相當良好。1996 年，Kiyotani 等[69]將 PGA 製成的網狀神經導管塗以膠原蛋白，並在導管內加入神經營養因子(neurotrophic factors)，成功地橋接了間隙為 25 mm 的貓的坐骨神經。2000 年，戴傳昌等[96]以 PGA 單絲纖維製成縱向平行排列且具有立體構型的纖維條索，並在材料間保留一定的間隙。動物實驗表明，植入材料十二週後，PGA 條索完全降解，且沒有明顯的瘢痕增生。2002 年，Toba 等[97]以 PGA 製成導管後，填入泡過層黏蛋白(laminin)的膠原蛋白(collagen sponge)，再用於橋接狗的腓神經，其間隙高達 80 mm。12 個月後，不僅神經成功再生，狗的步態也幾乎完全恢復正常。己內酯聚合物(polycaprolactone)應用在神經再生上的文獻比較少，但成果大都不錯。1995 年，Dunnen 等[98]以可降解的丙交酯己內酯聚合物(poly-DL-lactide-caprolactone)製備的導管橋接受損的大鼠坐骨神經時，發現導管降解過程中會發生膨脹，使用較小內徑的導管容易發生壓迫神經的危險。2005 年，Chiang 等[99]以聚己內酯(polycaprolactone)製成了中空與層板狀的神經支架(conduit)，並以自體移植組作為對照，6 個月後發現中空組與對照組有幾乎一樣的再生成果。. 2.5.3 製作神經導管的方法應用可生物降解的材料製作神經導管的方式有很多種，主要有纖維鍵結法( Fiber bonding )、溶劑鑄造/鹽析法(Solvent casting / particulate leaching) 、冷凍乾燥法 (Emulsion freeze drying) 、相分離法 (phase separation)、氣體發泡法(gas foaming) 與蘸濕浸泡法(dipping and drying)。纖維鍵結法是以高分子纖維為基材，利用編織、纏繞等方法，或以特定成分加以固定，使纖維形成具有孔隙的立體構型。優點是相同體積下的纖維可形成相當大的表面積；且支架不需額外加工，即可得到相當均勻的孔洞結構。缺點則是機械強度較弱，不足以應用於硬性組織(如骨組織)的更新[27]，但使用於協助神經再生，倒是足夠的。1990 年，Aebischer 21.

(31) 等 [21] 發現了導管內表面顯微幾何形狀可影響神經纖維基質的早期排列，並誘發不同的細胞反應。根據實驗結果，他認為導管內壁粗糙會導致更多的巨噬細胞等炎症反應細胞積聚，炎症反應將強於再生反應，分泌的細胞因子有利於疏鬆結締組織生成，而反不利於神經再生。然而此推論與後來許多研究結果相違。2004 年，Bini 等[100]把 lactic acid 與 glycolic acid 以 10:90 的比例共同聚合後，以微編織法(microbraiding technique)製成神經導管，橋接大鼠 12 mm 的坐骨神經間隙。一個月後發現，有 90%的大鼠神經再生成功。溶劑鑄造或鹽析法則是將高分子聚合物以適當的溶劑溶解，或以加熱法熔融後，再加入鹽類或糖粒攪拌均勻。置入模具中等待溶劑揮發後，即形成一定的形狀。脫去模具將支架取出置入去離子水中浸泡，使鹽類或糖粒溶解析出，最後經乾燥製成。此方法具有藥品廉價並且適用的聚合物種類較多等優點，但最大的缺點是製程時間長，且製得的支架常常呈現一層密集且無孔洞的表皮層，而這表皮層會影響後續細胞的植入及移植後細胞在支架內部的生長[22,27]。1999 年，Evans 等[95]就曾成功的利用鹽析法，製作出神經導管，並證實其在動物實驗上的有效性。冷凍乾燥法是將高分子如 PLLA、PCL 和 PGA 溶於溶劑當中，急速冷卻後，在-30~-50℃下抽真空乾燥一天，即可製得多孔洞支架。此法的優點在於支架製備方法簡單及製程時間短，且製得的支架孔隙率相當高 [24,25]. 。2000 年，Maquet 等[26]運用冷凍乾燥法製造 PLA 多孔神經導管，. 孔徑大小約 100-300 µm，並在橋接大鼠坐骨神經的動物實驗中證實，這樣的導管仍能有效阻擋周圍的纖維結締組織長入管中。相分離法 [95,101,102] 則是將高分子聚合物與溶劑加熱形成一均勻溶液，在模具上冷凝後，再以低壓加熱使溶劑直接昇華。此製程會使原本分散相的高分子聚合物轉變為連續相，並進一步形成孔洞。其優點為可藉由改變溶液中高分子的濃度而調整孔洞尺寸大小，亦可藉由降低至溶劑的熔點以下的溫度，控制支架成形，甚至在冷凝過程中加入離心力調控孔洞尺寸大小的分布。此法優點是當支架成形後體積不會有收縮現象，但普遍存在機械性質強度不佳，孔洞結構容易變形等缺點。氣體發泡法[103]，將高分子聚合物預先壓製成厚膜，在將此厚膜置入 22.

(32) 耐壓器具中再通入高壓二氧化碳使其滲入膜的內部，隨後急速釋放氣體降低壓力，即形成有孔洞的支架。此方法具有製程時效短及步驟簡單之優點，並且可藉由改變氣體的壓力及溫度改變孔洞的尺寸。但美中不足的是無法有效的控制孔洞均勻分布，使得後續細胞植入結果呈現不均的現象。目前亦尚無研究學者以此法製多孔神經管。蘸濕浸泡法[104]，利用玻璃或矽膠管為模，浸泡於材料製成的溶液中，再取出風乾。反覆蘸濕浸泡及風乾的步驟，即可得到板層狀管壁的導管。此法方便簡單，是實驗中經常使用的方式；然而板層狀結構過於緻密，可能影響神經再生的成功率。. 2.5.4 神經導管內添加的各種因子在利用神經導管橋接斷傷神經的過程中，可在管腔或管壁中添加一些物質，以營造一個更有利於神經再生的微環境。添加物主要分為三大類：能促進軸突再生的活細胞，如 Schwann cell；細胞外基質分子，包括層黏蛋白(laminin)、纖維連接蛋白(fibronectin)和膠原蛋白(collagen) 等；以及可溶性神經營養趨化因子，如 NGF、BDNF、EGb 761 與 bilobalide 等。 1993 年，Bailey 等[105]在橋接大鼠坐骨神經的矽膠管中加入各種細胞外基質分子，證實了加入 laminin、fibronectin 與混合兩者的這三組，對 Schwann cell 的移行(migration)有明顯的幫助。四個月後，再生的神經也成功跨越了 18 mm 的缺損間隙。1999 年，Terenghi[106]回顧了過去曾發表過的研究神經營養趨化因子(neurotrophic factors)的文獻，提出一份總結。各種外源性的因子中，以 NGF、NT-3 與 BDNF 的效果最優異，尤其是對脊髓的運動神經元與背柱中的初級感覺神經元有較明確的促進作用。由於神經營養趨化因子在神經再生的過程中十分容易流失與破壞，因此，近年來有許多學者嘗試把 NGF 與神經導管的製作技術結合，希望能隨著時間的經過或導管的降解，讓神經營養趨化因子持續釋放出來，以提供更好的微環境協助軸突再生。2003 年，Xu 等[107]將 NGF 以 23.

(33) 可降解的磷酯聚合物(PPE)包覆後，加入橋接大鼠坐骨神經的神經導管中，發現再生神經的直徑、數量與密度都明顯優於加入 saline 的對照組。同年，Lee 等[108]則是將 NGF 以 heparin 固定在 fibrin matrix 上，再將此 matrix 加入神經導管中。結果發現 20 與 50 ng/ml 組與 isograft 組的再生結果相當，明顯優於 5 ng/ml 組、只加 fibrin 組、只加 NGF 組，與什麼都不加組。 EGb 761 是由銀杏葉中所萃取出來的，目前正被廣泛地研究應用於神經系統與心血管系統的疾病。2004 年，Hsu 等[109]將 EGb 761 加入明膠中，再填入以 PLGA 製成的神經導管中，用以橋接 10 mm 的大鼠坐骨神經缺損間隙。在第六週犧牲大鼠時，10 µg/ml 組的運動神經電位(motor unit action potential)與髓鞘化的軸突數目均優於自體移植組，並達到統計上的意義。Hsu 並推測，EGb 761 應是促進了 Schwann cell 在 PLGA 上的附著，並藉此促進了神經軸突的再生。銀杏葉酯(Bilobalide)則是銀杏葉的眾多萃取物中的單一成分，由 Major 在 1967 年成功地分離出來。它具有保護神經的效果，而機轉可能是透過抗氧化的作用而達成。1988 年，Oberpichler 等[110]就已發現銀杏酯的萃取物能有效地保護小鼠的腦部，使其在致命的缺氧狀態下能存活較長的時間。Janssens 等[111]在 1995 年發現，銀杏葉酯能減輕血管內皮細胞因缺氧所導致的 ATP 含量減少，而這個效果可能來自於細胞的呼吸效率提升。已知缺氧會使氧化磷酸化反應去偶合，而銀杏葉酯能使細胞不因缺氧而減少 ATP，應是因為在僅有少量氧氣的環境下仍能維持粒線體合成 ATP 的功能。此外，他還將餵食了銀杏葉酯的大鼠肝細胞分離出來，發現粒線體的 RCR(respiratory control ratio)增加了。1999 年時， Janssens[112] 研究上述的粒線體，並發現銀杏葉酯能協助粒線體對抗 amytal 引起的 complex I 抑制作用，與 antimycin A 或 myxothiazol 引起的 complex III 抑制作用。可知銀杏葉酯能在缺氧狀態下保護氧化磷酸化反應所需的 complex I 與 III，以維持粒線體的呼吸功能。2000 年時，Zhou 等 [113] 證實了銀杏葉酯能有效使神經元免於過氧化的壓力 (oxidative stress)，且是在細胞凋亡的早期就予以阻斷。並進一步抑制了 c-Myc、 p53、Bax 的增加與 caspase-3 的活化。 24.

(34) 目前只有少數的研究是探討銀杏葉酯與基因表現的關係。 Chandrasekaran 等發現，不管是細胞實驗[114]還是動物實驗[115]，經銀杏葉酯處理過的神經元，其 COX III(細胞色素 c 氧化脢的片段)的 mRNA(模版來自粒線體 DNA)的表現均增加了。2002 年，Tendi 等[116]將 PC12 cells 以銀杏葉酯處理 48 小時後，ND1(NADH dehydrogenase 的 subunit 1)的 mRNA(模版也來自粒線體 DNA)增加約 2 倍。此發現也指出銀杏葉酯能維持腦的能量代謝並保護神經。此外，Zheng 等[117]也證實，銀杏葉酯可以提升大鼠星狀細胞的膠細胞神經趨化因子(GDNF)與血管內皮生長因子(VEGF)的表現。以 50 µM 銀杏葉酯處理 12 小時，能使 GDNF 與 VEGF 的 mRNA 明顯增加；處理 24 小時後則能在星狀細胞的細胞質中找到這些蛋白質。至於銀杏葉酯在周邊神經再生方面的應用，Chen 等[40]在 2004 年時以矽膠管橋接 15 mm 的大鼠坐骨神經間隙，內填不同濃度的銀杏葉酯混以膠原蛋白，發現只有在濃度適當時，銀杏葉酯才能對軸突再生產生最大的幫助。. 2.6 周圍神經損傷在傳統中醫的觀點與相關的中醫病證神經這個專有名詞是在滿清時代，近代醫學進入中國時才出現的。雖然在傳統中醫並未出現這樣的名詞，但在許多典籍中均已暗示了神經的概念與存在。. 2.6.1 神經系統在中醫學上的定位《黃帝內經》[118,119]已有腦與髓的名稱，並提出人體有四大海，「人有髓海，有血海，有氣海，有水穀之海」。又說「腦為髓之海」；「諸髓者，皆屬於腦」。此外，還把顱腔、脊髓腔與長骨骨腔中的物質合稱為髓。並說明其來源：「人始生，先成精，精成而腦髓生」；「五穀之精液，和合而為膏者，內滲於骨空，補益腦髓」。就功能而言，「髓者，骨之充 25.

(35) 也」；「頭者，精明之府」；「髓海有餘，則輕勁多力，自過其度；髓海不足，則腦轉耳鳴，脛痠眩冒，目無所見，懈怠安臥」。還說「骨枯而髓減，發為骨痿」；「十二經脈，三百六十五絡，其血氣皆上於面而走空竅」。中醫認為臟腑是維持生命活動與功能的重要器官，並依功能將之區分為五臟六腑。值得注意的是，中西醫的器官名詞雖有相同之處，但意義卻不盡相等。中醫認為「心主神明」；「心為君主之官」；「心者，五臟六腑之大主也，精神之所舍也」。其中就大致涵蓋了中樞神經系統的意識功能與神經生理功能。「肝者，將軍之官，謀慮出焉」，與中樞神經系統的思維功能密切相關。「膽者，中正之官，決斷出焉」，同樣闡釋了中樞神經系統的意識與思維功能。「心在志為喜，肺在志為憂，肝在志為怒，脾在志為思，腎在志為恐」，則指出了中樞神經系統的情緒功能與反應。另外還提到「心藏神，肺藏魄，肝藏魂，脾藏意，腎藏志」，均說明了臟腑學說涵蓋了中樞神經系統的大部分功能。周圍神經系統方面，中醫典籍並沒有提及「神經」這個名詞。但就功能與解剖相對關係來推論，應與經絡學說的相似性最高。經絡的實質至今仍然未有定論，但從歷代醫家著作與近代研究文獻顯示，經絡的概念包含了現代醫學的周圍神經系統。如《黃帝內經》之《素問．本藏》中提到「經脈者，所以行血氣而榮陰陽，濡筋骨，利關節者也」[118]；《靈樞．海論》也記載「夫十二經脈者，內屬於府藏，外絡於肢節」[119]。再加上《素問》中諸脈皆通於腦的概念，也能充分闡釋周圍神經與中樞神經的聯繫與關係。1982 年，劉長林等[120]認為「經脈深在體內，出入於臟腑筋骨肌肉之間，遍佈於全身上下，頭面四肢」。1998 年，張燕華[121] 提出經絡系統在結構上的特性，與機體的神經、血管與淋巴管均有密切的聯繫與相關性，但同時也存在著一定的差異。1994 年，陳太義等[122] 更依據上下肢十二經脈特定的分佈方位，將其皮下的血管與神經束繪製成圖譜，並參考現代醫學嘗試說明其實質。因此，周圍神經系統應可視為全身經絡的一部份。. 26.

(36) 2.6.2 周邊神經斷傷與相關之中醫病證由於中醫觀點上，沒有神經之論述，周邊神經受傷之範圍則概括於外傷的病證中；而周邊神經損傷的病狀，則在許多病證中提及，且內容散見於不同的篇章中。神經斷傷在中醫的病證分類中，可屬於金瘡、骨折、脫位、筋斷、壓砸傷的範疇[123,124]。《諸病源候論》也有「筋不得屈伸，痹不仁」等金瘡後遺症的記載[125]。一般而言，皮脈肉筋骨的損傷表現於皮膚上的就是「傷」；皮與肌肉裂開曰「創」；骨骼折斷曰「折」；皮膚肌肉筋骨都離斷曰「斷」[126]。另外，中醫對各種“斷”的病證，有時也常用「絕」字來表示，如脈絕、筋絕、經脈絕等。中醫重視斷證的治療，骨折可接、筋斷可續、出血可止，對皮裂、筋斷、腸斷可縫合。但對神經斷傷引起的神經功能喪失，神經幹無法復元的症狀，在相關病證雖有描述，但受限於當時對解剖的認知與治療的水準，無法對神經幹的斷離做特別的處置。前節提及周圍神經可歸類於經脈的一部分，而神經斷傷併大管血斷裂引起的病證，應屬於脈絕、筋絕、經脈絕等病證。中醫認為這些病證病情嚴重，治療困難，預後不佳。. 27.

(37) 第三章材料與方法 3.1 主要材料與設備聚乳酸酯纖維(poly lactic acid) 實驗所用的聚乳酸複絲，由日本 UNITIKA 株式會社採熔融紡絲法製造。矽膠管實驗所用的矽膠管為 Helix Medical Silicone Tube，內徑 0.76 mm，外徑 1.65 mm，購自 Helix Medical, Inc (USA)。鉛線實驗所用的 20＃鉛線為彰化勝順出品，直徑 0.97 mm，購自五金百貨行。轉筒式撚線機台灣製，台中、逢甲大學提供。紅外線測速器型號Microtach，英國製，測試範圍0～100000 r.p.m，逢甲大學提供。全自動繞紗機南興實業，台灣製，逢甲大學提供。十六錠編帶織機南興實業，台灣製，逢甲大學提供。實體顯微鏡 OLYMPUS B061，日本製，台中、逢甲大學提供。真空蒸鍍機 HITACHI E-1010 ion sputter，日本製，台中、中臺科技大學提供。真空掃瞄式電子顯微鏡及能量散佈光譜儀 HITACHI S-3000N SEM，日本製，台中、中臺科技大學提供。銀杏葉酯(Bilobalide) 28.

(38) 實驗用的銀杏葉酯(Bilobalide)購自 Sigma (USA)。膠原蛋白(Collagen) 膠原蛋白 (Vitrogen®) ，購自 Cohesion Techonologies Inc. (New Zealand) 3-0 Nylon 縫合線用於縫合皮下包埋時大鼠背部的傷口。實驗所用的 3-0 Nylon 縫線購自佳合醫材股份有限公司(台灣)。 9-0 Nylon 縫合線用於將斷傷神經固定於神經導管。實驗所用的 9-0 Nylon 縫線購自 Mani (Japan)。 4-0 Catgut chrom 縫合線用於神經截斷與手術後之大鼠肌肉及皮膚的縫合。實驗所用的 4-0 Catgut chrom 縫線購自 B. Braun (Germary)。優碘藥水(普威隆碘®) 用於手術前對大鼠皮膚的消毒。實驗所用的普威隆碘®購自久仁製藥廠,台灣 Hematoxylin 與 eosin Hematoxylin 是一種天然染料，組織學上廣為使用，並通常選用 eosin 來做對比染色。實驗所用的 Hematoxylin、eosin 購自 Sigma (Germany)。 Toluidine Blue Toluidine blue 化學式為 C15H16SCl+ZnCl2。它對神經組織中蛋白質的碳氧基有高度的親合力，因此，被廣泛用來當作神經髓鞘的染色劑，當以 Toluidine blue 染色時，髓鞘被染成深藍色，而髓鞘環內的軸突則呈現淡白色。實驗所用的 Toluidine blue 購自 Sigma (USA)。氣體麻醉劑 Isoflurane 用於手術過程減低動物痛苦。實驗所用的氣體麻醉劑 Isoflurane (Forane®)購自 Abbott Laboratories Ltd. (England)。氣體麻醉機(Forawick Vaporizer) 將液態的麻醉劑揮發為氣態，並混合氧氣用以麻醉實驗動物。購自 Muraco Medical Co. (Japan) 29.

(39) 誘發電位儀(Neuropack Four Mini) 可發出電流刺激，並藉紀錄電極接收並以電位波形呈現。購自 Nihon Kohden Co. (Japan). 3.2 製備以聚乳酸酯纖維編織而成的神經導管以周邊神經修復為出發點，試圖以聚乳酸酯纖維採編織的方式，製成具有孔洞性的神經導管，導管製作流程如圖 3.1。. 圖 3.1 多孔性聚乳酸(PLA)導管製作流程. 30.

(40) 3.2.1 製備編織導管用的聚乳酸酯(PLA)紗線廣義而言，紡(spinning)一字包含所有將纖維狀原料轉換成紗線所需要的各種程序，即使在人造連續絲狀纖維(continuous filament)廠中，仍將抽絲成紗之步驟稱為紡。而其比較特殊的意義是將一纖維束，以其軸向加撚成紗，而加撚是賦予紗線螺旋迴轉(spiraturns)的一種方法，以使各纖維或紗線能抱合在一起[127]。當一束纖維被加撚時，各個纖維形成螺旋狀，其幾何完整性視各纖維之初始形狀而定，加撚的目的係使纖維彼此抱合，賦予紗線強力。當纖維和紗線受到扭矩作用下會產生扭變形 (torsion deformation)，隨著扭轉變形的增大，纖維和紗線中的剪應力 (shear stress)增大，在紗線中造成纖維相互滑動，在纖維中造成結晶區破碎和非晶區大分子被拉斷，最後斷裂[128]。因此，隨著紗線撚度的增大，纖維加撚角亦增大，纖維的扭應力增大，抱合力增大；而紗線在超過最佳強力撚係數(optimum twist multipile)後，強度下降，拉伸斷裂伸度減小，抱合力增大。在預備實驗中發現，以未經加撚的 PLA 纖維所製成的導管，其管壁的孔洞幾乎消失(如圖 3.2)；又發現，增加併股的倍數會使紗線的直徑跟著增加，以該股線加撚後再配合編織製成的導管，其孔徑也愈大。因此在本實驗中，將股線加撚並不是為了增加紗線的強度，而是為了保留導管的孔洞結構。廠商提供的 PLA 紗為 75 丹尼，以併線機併股為 300 丹尼後，再使用轉筒式撚線機，將紗線加撚後同時由捲取羅拉(take-up roller) 捲取，並收集在紙管上。由於加撚後的紗線纖維雖彼此纏繞，但尚未完全抱合定型，一旦解除該段紗線的某固定端，將使紗線自動解纏繞而恢復為未加撚狀態的鬆散結構。因此，在加熱固定加撚結構前須特別注意維持紗線斷端的固定。在預備實驗中，發現將紗線連同紙管置入 75 ℃ 烘箱中定溫加熱 90 min，能取得適當的熱定型效果。最後再以全自動繞紗機將紗線移轉至攜紗器的紗輪錠上，至少製作 16 錠。. 31.

(41) 圖 3.2 加撚前後的紗線與製成導管後的管壁結構. 3.2.2 紡織製管流程在本實驗中所使用的編織(braiding)技術所指的意思就是由攜紗器在軌道盤行走而織造成織物。在編織裡不用經緯紗等字眼，取而代之的是軸向紗及編織紗；軸向紗代表直線而平行於編織軸的紗線，而編織紗就是由攜紗器(carrier)所攜帶的紗線，正常情況下，編織紗會與軸向紗成一斜角關係[129]。圖 3.3 為本研究實驗所使用的編帶機機台照片，圖 3.4 則為其編織機構之示意圖。編帶機的主要部份有攜紗器(carrier)、軌道盤 (track plate)，與芯軸(mandrel)。攜紗器的主要功能是負責攜帶編織紗在軌道盤上面沿著固定的軌道路徑進行運動，在運動的同時，將其所攜帶之編織紗繞在芯軸上。攜紗器基本上是由軌道軸(與軌道連接的部份)、紗輪軸(裝紗輪)、張力裝置、與紗線釋放機構所構成。與攜紗器相連的是軌道盤，軌道盤有 8 字行的軌道，提供攜紗器路徑之用，而在軌道盤下方有棘齒輪(horn gear)，負責抓取與釋放攜紗器，最下層的基板是固定棘齒輪與軌道盤之用。. 32.

(42) 圖 3.3 十六錠編帶機. 圖 3.4 編帶機編織結構示意圖[129] 如圖 3.5 所示，攜紗器的運動是在一棘齒輪行走約半圓，然後進入相鄰的另一個棘齒輪，相臨兩棘齒輪旋轉方向剛好相反，一個順時針另一個反時針，棘齒輪只有自轉並沒有公轉，但是由於有離合的裝置攜紗器以 S 型的路徑繞著軌道盤公轉，其中有一半的攜紗器以順時針方向公轉，另一半逆時針。所有攜紗器釋放之編織紗會形成角錐狀，從軌道盤 33.

(43) 收縮至芯軸，這角錐稱之為聚合錐(convergence cone)，角錐之頂角及錐長屬重要的設計因素。芯軸的形狀將決定了最後織物的形狀，最常見的是圓管，而其他型態如方形、葫蘆形，甚至非軸對稱的形狀都可以編織。在編織時對於截面不變或截面漸大的芯軸，較容易編織，然而對於漸縮的芯軸編織則較困難，甚至對於曲率過大的漸縮芯軸，編織成型點甚至會離開芯軸表面，而使得織物形狀無法控制，對於這種情形，就必須以特殊的技巧來克服。. 圖 3.5 棘齒輪與攜紗器運動示意圖[129] 由於芯軸在編織完成並定型後必須取出，在嘗試多種不同的材料後，決定採用鉛線外覆矽膠管作為芯軸。由於採用的鉛線硬度較高，不易通過編帶齒輪，因此改以定滑輪裝置，加掛重物並將向上牽引的張力固定。經測試後發現，張力維持在 300 公克重時，能得到最佳的編織結構。另外，在預備實驗中發現只有一層的 PLA 織物在拔除芯軸後，管壁的孔徑很容易因為導管的彎曲而改變；兩層以上則沒有這個缺點。將 20 號鉛線置入等長的矽膠管中，得到直徑為 1.74 mm 的芯軸 (mandrel)，再以 16 錠編帶機在芯軸的表層纏繞編織，製作出一條以鐵絲 34.

(44) 與矽膠管為軸心，外覆網狀 PLA 紗線的實心織物。以此織物為芯軸重複以上編織步驟，製作出有兩層 PLA 紗線的實心索帶狀織物(如圖 3.6)。經測試後發現，置入 170 ℃烘箱中定溫加熱 90 min，能使 PLA 織物結構達到最佳的固定效果。最後將實心織物兩端剪斷，先後抽出鉛線與矽膠管後，即可得到三次元立體空心圓管。. 圖 3.6 實心織物模型. 3.2.3 精製導管由於 PLA 纖維在製作過程中會添加油劑以減低靜電吸附的干擾，故以鹼液精練後，不僅能去除油劑與雜質，還能提高 PLA 的親水性。在以不同濃度的 NaOH 溶液(1 M、0.5 M、10-1 M、10-2 M、10-4 M、10-6 M) 測試後發現，以 10-2 M 的 NaOH 溶液精練製成的 PLA 導管，能達到最佳的精練效果，對導管的結構與硬度又不至於構成影響。將抽除鉛線與矽膠管後的空心圓管置入 10-2 M 的 NaOH 溶液中，並使用超音波震盪機震盪 1 hr。再置入逆滲透純水中，配合超音波震盪 10 min 以洗去殘餘的 NaOH。以烘箱 60 ℃乾燥 30 min，再以潔淨刀片裁製成 12 mm 的短管。秤重並選取重量介於 0.0235~0.0261 g，且管壁結構均勻的多孔性神經導管，個別密封後再經 25 kGy 伽馬照射滅菌後儲存於 25 ℃乾燥箱中備用。. 35.

(45) 3.2.4 以掃描式電子顯微鏡觀察神經導管掃描式電子顯微鏡提供了光學或穿透式電子顯微鏡所無法觀察到之顯微資料，對於評估神經導管結構有相當助益。操作方法是將神經導管置於真空蒸鍍器內(如圖 3.7)，在真空中鍍上一層淺金，再以掃描式電子顯微鏡(如圖 3.8)觀察其表面形態。. 圖 3.7 真空蒸鍍器. 圖 3.8 掃瞄式電子顯微鏡. 36.

(46) 3.3 皮下包埋實驗將聚乳酸纖維編織而成的神經導管埋入大鼠皮下，分別觀察一週、兩週、四週後導管的降解情形；再進一步利用光學顯微鏡觀察其生物相容性與周圍組織的發炎反應。. 3.3.1 動物分組、麻醉與包埋手術準備雄性 SD 大白鼠 9 隻，重量為 376~428 g，週齡為十二週。隨機分為三組，依觀察(犧牲)時間點的不同分為三組：一週組(A 組)、二週組(B 組)、四週組(C 組)。手術前須先將大鼠麻醉。將大鼠置於自製透明壓克力麻醉箱中，再利用氣體麻醉機(Forawick Vaporizer)配合麻醉劑 Isoflurane。初起劑量為 5 litter/kg．min，待大鼠昏迷後，將大鼠自透明麻醉箱中取出，此時麻醉劑量改為 3 litter/kg．min，並利用蛇形塑膠管輸送麻醉劑。將此塑膠管套於大鼠口鼻上，使其保持在麻醉狀態。秤重後將大鼠背部的毛剃掉，剃毛區以優碘藥水(普威隆碘)自中心開始由內向外消毒三次。最後再覆以無菌洞巾，只露出欲手術的部位。於脊柱兩旁皮膚分別標記出 2 個將植入管子的位置(如圖 3.9)，再用 11 號尖形手術刀平整劃開 0.5 cm 傷口，傷口平整透至皮下。以器械分離傷口部位之皮下組織，每切口分別植入滅菌後之神經導管一管，以 3-0 Nylon 線縫合皮膚，縫合後以優碘藥水消毒傷口。手術完畢後，將大鼠置回籠子，照光維持體溫，等待動物甦醒，每天注意是否有發炎現象產生。此外，皮下包埋實驗並不投予抗生素或消炎藥，以免影響實際測試結果。. 37.