行政院國家科學委員會補助專題研究計畫成果報告
生醫材料於大鼠中樞神經再生的應用與評估
計畫類別：
þ
個別型計畫
□整合型計畫
計畫編號：NSC90-2314-B-039-019
執行期間：
90
年
8
月
1
日至
91
年
7
月
31
日
計畫主持人：陳悅生
共同主持人：姚俊旭、曾永輝
計畫參與人員：鄭均垣、劉倩汝
本成果報告包括以下應繳交之附件：
□赴國外出差或研習心得報告一份
□赴大陸地區出差或研習心得報告一份
□出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份
□國際合作研究計畫國外研究報告書一份
執行單位：中國醫藥學院中國醫學研究所
中
華
民
國
91 年 10 月 21 日
生醫材料於大鼠中樞神經再生的應用與評估
計劃編號：NSC90-2314-B-039-019
執行期間： 90 年 8 月 1 日至 91 年 7 月 31 日
計畫主持人：陳悅生
共同主持人：姚俊旭、曾永輝
計畫參與人員：鄭均垣、劉倩汝
執行單位：中國醫藥學院中國醫學研究所
一、中文摘要
本實驗選取臂神經叢（C5-C7）根
部 為 手 術 部 位 ， 並 使 用 一 內 填
Collagen、Laminin 及 Fibronectin 混合
物之矽膠管來接合大鼠 3 mm 之截斷
臂神經，神經管矽膠管一端以神經管
接合方式與撕裂端之神經根部接合，
另一端則直接插入脊椎灰質之腹角，
避開對神經生長有抑制作用之白質，
藉 以 支持 並 促進 受 損 神 經 再 生 的 能
力。手術後 4 個月，首先針對手術後
大 鼠 再生 神 經進 行 電 生 理 方 面 之 測
試，經由肌電圖測量其動作電位，最
後以組織切片法在定性及定量上做一
比較。實驗結果發現，內填膠原蛋白、
昆布氨酸及纖維網蛋白混合物之矽膠
管可減少神經遠處斷端軸突的退化，
說明該內填神經混合刺激物之矽膠管
對大鼠截斷受損中樞神經的再生有促
進的效果。
關鍵字：中樞神經再生、膠原蛋白、
昆布氨酸、纖維網蛋白、矽膠管
Abstract
In this study, the capacity of central
nervous system (CNS) axons to elongate
from the spinal cord to the periphery
throughout
a
silicone
chamber
containing laminin. fibronectin and
collagen, joining the ventral horn of the
spinal cord to an avulsed root was
investigated in a model of brachial
plexus injury. The C5-C7 roots were
avulsed by controlled traction and the
C6 root will be bridged to the spinal
cord over a 3 mm gap by the use of a
silicone rubber cylinder containing
laminin. fibronectin and collagen. Four
months later, the functionality and the
quality of the axonal regrowth were
evaluated by electrophysiology
and
histological examination of the gap area.
As a result, we found that the mixture of
growth-promoting substances in the
silicone rubber chambers could improve
the degradation of the axons in the distal
nerve stumps, having effects on the
regeneration of CNS.
Key Wor ds: Regeneration of central
nervous system; Collagen; Laminin;
Fibronectin; Silicone rubber tube
二、緣由與目的
神經管接合術
[1-4]是將神經兩斷端
手術縫合於一圓管的兩端，並利用此
圓 管 來導 引 及支 持 再 生 神 經 纖 維 成
長。現在已經有許多不同的生物材料
用來製作神經管
[5-7]，矽膠管(silicone
tube)就是其中之一。矽膠製神經管具
有高生物適應性及透明及高柔軟度等
優點，近年來已大量使用於神經再生
與修復的研究中
[8]。另外，在神經管內
添加刺激神經再生的物質，能使管中
再生的神經在較短的時間內，跨過神
經間距完成再生。常使用的神經再生
刺 激 物 質 有 ： 神 經 生 長 因 子 (nerve
growth factor, NGF) ， 膠 原 蛋 白
(collagen)，昆布氨酸(laminin)及纖維網
蛋白(fibronection)的混合物等等
[9,10]。
在過去兩年中，本實驗室已成功的利
用由高分子材料製成的神經管來修復
大鼠損傷之周邊神經，也藉此動物模
式探討了中、西醫藥對周邊神經再生
的影響。眾所周知，中樞神經的再生
比較起周邊神經，無論在動物模式的
建立與動物手術後的照料都困難了許
多，但是為了進一步了解生醫材料在
中樞神經再生過程中的適用性，本計
劃遂將中樞神經再生之研究列為實驗
的重點。因矽膠管具有高度的生物適
應性，於是，本計劃便使用矽膠管來
接合大鼠 3 mm 之截斷臂神經。同時我
們在矽膠管中加添了昆布氨酸、纖維
網蛋白及膠原蛋白的混合物來支持並
促進受損神經再生的能力，希望藉此
實驗建立作為研究中樞神經再生之模
式。
三、結果
動物實驗中，以內填膠原蛋白、
昆布氨酸及纖維網蛋白混合物之矽膠
管來縫合大鼠截斷之臂神經，其間距
為 3 mm，在四個月後，進行神經電生
理及組織切片定性及定量分析。
在控制組中脊神經根部直接以撕
裂法將其完全截斷，但不與以處理。
結果發現，神經截斷面在近、遠端分
別產生類似 Neuroma 及 Glioma 的組
織。
在其他各組，自體移植組、矽膠
空管組及矽膠管加神經刺激混合物組
中，我們發現均有明顯的纖維組織生
成並將神經修補處包覆起來，致使再
生神經段觀察不易。於是，本實驗便
將 再 生 神 經 之 遠 段 (Distal stump) 取
下，以作為評估各組差異之用。結果
發現，自體移植組及矽膠空管組中之
神經組織退化(degradation)十分明顯，
Macrophage-like cells 及 Schwann cell
columns 數目極多。相較之下，矽膠管
加神經刺激混合物組中之神經其退化
程度並不明顯。雖仍有 Schwann cell
columns 的產生，但大部分的軸突仍然
存在。
神 經 電 生 理 的 分 析 在 各 組 大 鼠
中，因 Standard deviation 過大，無法
在統計中分辨其差異性。
四、討論
在神經管中添加刺激神經再生的
物質，會使再生神經在較短的時間內
跨過截斷神經間距，而到達遠斷端。
這些物質包括例如本實驗所使用之膠
原蛋白、昆布氨酸及纖維網蛋白。膠
原蛋白為重要的細胞外基質蛋白質，
它的主要功能為使各種脊椎動物的結
締組織維持其正常結構和功能。
Madison 等在 1988 年使用含 collagen
之矽膠管對截斷神經做一接合，成功
地使再生神經於 4-16 週內跨越 20 mm
的間距
[11]。Yannas 等亦於 1985 年將大
鼠坐骨神經截斷，以含 collagen 之矽膠
管對截斷神經做一接合，發現再生神
經能順利穿越 15 mm 間距
[12]。本研究
團隊也利用內填由 collagen 包覆之
laminin 及 fibronectin 等膠質之矽膠管
對截斷神經做一接合，其中，實驗組
在 6 週內跨越 10 mm 間距的比率達 90
%，而空管組的比率僅 60 %
[13]。而細
胞附著分子昆布氨酸是醣蛋白
（glycoprotein）的一種，在體外實驗
中，它有明顯促進和支持神經生長的
作用
[14]。昆布氨酸在周圍神經中非常
豐富，它可由 Schwann 細胞體外培養
而得到
[15]。它亦是基底膜(如 Schwann
細胞和內皮細胞)的一種主要成分
[16]。當 Schwann 細胞的活性愈大時，
昆布氨酸的成分亦愈多。而纖維網蛋
白亦和髓鞘的生成有關。在神經移植
的第二週，纖維網蛋白能提供細胞移
行和血管芽發生所需的物質。Woolley
和 Bailey (1990,1993)成功地使用內含
纖維網蛋白和昆布氨酸混合物的矽膠
管來接合截斷的大鼠坐骨神經，分別
經過六週和四個月的時間，使再生神
經穿越 18 mm 的間距
[17,18]。
本實驗結果則顯示 collagen、
laminin 及 fibronectin 的混合物，對大
鼠臂叢神經的退化有減緩的效果。這
結果就如同上述相關研究團隊所做的
實驗結果相類似，換言之，其對神經
的再生預期有正面促進的效果。實驗
中我們也發現矽膠管中的充填物可能
會影響再生神經軸突的數目，所以在
選用何種充填物做為神經刺激素時，
要特別注意其濃度及組成，以免造成
神經再生過程中的負面因素。
五、計畫成果自評
實驗結果已達到計劃書中之目
標。同時，本實驗成功的利用動物模
式證明內填膠原蛋白、昆布氨酸及纖
維網蛋白混合物之矽膠管可減緩神經
退化之能力，此結果已匯整投稿中。
六、參考文獻
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