矿物质包被微粒持续生长因子递送促进周围神经损伤后功能的恢复

doi:10.4103/1673-5374.297786

摘要/Abstract

摘要：

自体神经移植作为治疗周围神经长段神经缺损的金标准，移植后的受损神经功能恢复效果也不尽人意。已有研究将复合生长因子的神经移植物用于周围神经缺损的修复，且取得了一些令人鼓舞的结果，但是这些生长因子在持续释放方式和作用时间方面尚存在一些不足。理想的药物递送载体需在足够的时间内，使轴突在整个神经移植物上生长。实验假设矿物质包被微粒（MCM）（4.2 mM碳酸氢盐涂层）将以持续释放的方式稳定释放具有生物活性的胶质细胞源性神经营养因子（GDNF）和神经生长因子（NGF），旨在通过测试矿物质包被微粒在10 mm坐骨神经移植物远端释放生长因子，诱导神经移植物轴突生长和恢复后肢功能的能力验证该假设。实验发现，体外生理条件下，矿物质包被微粒释放神经生长因子和胶质细胞源性神经营养因子持续3d，然后持续释放至少22d。与未复合生长因子的同种异体神经移植物治疗的大鼠相比，矿物质包被微粒在坐骨神经移植物的远端释放神经生长因子和胶质细胞源性神经营养因子可促进更多髓鞘轴突延伸至移植物的远端，大鼠的后肢功能也从术后7-12周显示出明显的改善。总之，矿物质包被微粒持续释放具有生物活性的神经生长因子和胶质细胞源性神经营养因子可明显促进神经移植物轴突的生长，改善周围神经缺损大鼠的后肢功能。动物实验于2017年10月6日获威斯康星大学麦迪逊分校动物护理和使用委员会（ACUC，协议编号M5958）批准。

https://orcid.org/0000-0002-5062-5952 (Amgad S. Hanna)

Abstract: The gold standard for treating peripheral nerve injuries that have large nerve gaps where the nerves cannot be directly sutured back together because it creates tension on the nerve, is to incorporate an autologous nerve graft. However, even with the incorporation of a nerve graft, generally patients only regain a small portion of function in limbs affected by the injury. Although, there has been some promising results using growth factors to induce more axon growth through the nerve graft, many of these previous therapies are limited in their ability to release growth factors in a sustained manner and tailor them to a desired time frame. The ideal drug delivery platform would deliver growth factors at therapeutic levels for enough time to grow axons the entire length of the nerve graft. We hypothesized that mineral coated microparticles (MCMs) would bind, stabilize and release biologically active glial cell-derived neurotrophic factor (GDNF) and nerve growth factor (NGF) in a sustained manner. Therefore, the objective of this study was to test the ability of MCMs releasing growth factors at the distal end of a 10 mm sciatic nerve graft, to induce axon growth through the nerve graft and restore hind limb function. After sciatic nerve grafting in Lewis rats, the hind limb function was tested weekly by measuring the angle of the ankle at toe lift-off while walking down a track. Twelve weeks after grafting, the grafts were harvested and myelinated axons were analyzed proximal to the graft, in the center of the graft, and distal to the graft. Under physiological conditions in vitro, the MCMs delivered a burst release of NGF and GDNF for 3 days followed by a sustained release for at least 22 days. In vivo, MCMs releasing NGF and GDNF at the distal end of sciatic nerve grafts resulted in significantly more myelinated axons extending distal to the graft when compared to rats that received nerve grafts without growth factor treatment. The rats with nerve grafts incorporated with MCMs releasing NGF and GDNF also showed significant improvement in hind limb function starting at 7 weeks postoperatively and continuing through 12 weeks postoperatively when compared to rats that received nerve grafts without growth factor treatment. In conclusion, MCMs released biologically active NGF and GDNF in a sustained manner, which significantly enhanced axon growth resulting in a significant improvement of hind limb function in rats. The animal experiments were approved by University of Wisconsin-Madison Animal Care and Use Committee (ACUC, protocol# M5958) on January 3, 2018.

Key words: autografts, axon growth, drug delivery, glial cell-derived neurotrophic factor, growth factors, mineral coatings, nerve grafting, nerve growth factor

. 矿物质包被微粒持续生长因子递送促进周围神经损伤后功能的恢复[J]. 中国神经再生研究(英文版), 2021, 16(5): 871-877.

Daniel J. Hellenbrand, Clayton L. Haldeman, Jae-Sung Lee, Angela G. Gableman, Elena K. Dai, Stephen D. Ortmann, Jerrod C. Gotchy, Kierra K. Miller, Adrianna M. Doucas, Nicole C. Nowak, William L. Murphy, Amgad S. Hanna. Functional recovery after peripheral nerve injury via sustained growth factor delivery from mineral-coated microparticles[J]. Neural Regeneration Research, 2021, 16(5): 871-877.

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引言

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《中国神经再生研究（英文版）》杂志为SCI、PubMed数据库收录的国际唯一一本专注神经再生领域研究的经同行评议的开放获取期刊，出版来自全球神经再生领域专业学者的前沿性基础研究及临床研究及转化医学、循证医学优秀的最新成果。

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延伸阅读

Neural Regen Res：控制神经移植物生长因子持续递送时间可促进长距离周围神经缺损轴突再生

目前，尽管高质量显微外科手术技术可以修复周围神经损伤，但修复后神经功能恢复效果仍不十分理想，尤其是那些不能直接缝合，较长距离缺损，且距目标肌肉很远的神经损伤。另外，周围神经损伤还可导致神经性疼痛，这极大地影响了患者的生活质量。

自体神经移植被广泛认为是治疗患者长距离周围神经缺损的金标准，但这种治疗方法对于部分患者而言，也只能恢复其一小部分功能。因需要找到更利于周围神经损伤后神经功能恢复的方法。

最近研究显示生长因子结合神经移植可改善轴突生长，并取得了一些有希望的结果。但需要注意的是，为了产生所需的作用效果，生长因子必须保持活性处于治疗水平一段时间，以使轴突可以在自体移植物生长。但是，如果生长因子活性保持在治疗水平或更高水平超过所需时间，则可能导致轴突卡压并损害功能恢复。

研究表明，矿物质涂层能够在延长的时间范围内持续递送生长因子，并保留吸附在矿物质涂层上的生长因子生物活性。对生长因子递送时间的控制将使得可以实现使生长因子递送适应移植物的长度，从而最利于轴突生长而不会引起轴突卡压。美国威斯康星大学的Daniel J. Hellenbrand等假设矿物质包被微粒（MCM）将以持续释放的方式稳定释放具有生物活性的胶质细胞源性神经营养因子（GDNF）和神经生长因子（NGF），旨在通过测试矿物质包被微粒在10 mm坐骨神经移植物远端释放生长因子，诱导神经移植物轴突生长和恢复后肢功能的能力验证该假设。实验发现，体外生理条件下，矿物质包被微粒释放神经生长因子和胶质细胞源性神经营养因子持续3d，然后持续释放至少22d。与未复合生长因子的同种异体神经移植物治疗的大鼠相比，矿物质包被微粒在坐骨神经移植物的远端释放神经生长因子和胶质细胞源性神经营养因子可促进更多髓鞘轴突延伸至移植物的远端，大鼠的后肢功能也从术后7-12周显示出明显的改善。总之，该研究证实4.2 mM碳酸氢盐矿物质涂层可诱导长10mm神经移植物更多的轴突生长，从而明显促进功能恢复。该研究对于开发能够适合移植物上轴突生长的生长因子递送方法迈出了重要一步。

上述研究结果发表于《中国神经再生研究（英文版）》杂志2021年第5期。