原理
人工硬腦膜（Artificial Dura Mater）是用生物材料製成人體腦膜的替代物，用於因顱腦、脊髓損傷、腫瘤及其他顱腦疾病引起的硬腦膜或脊膜缺損的修補，防止腦脊液外漏、顱內感染、腦膨出、腦粘連和疤痕等嚴重併發症，以恢復其完整性。將人工硬腦膜縫合到缺損部位，用封閉劑將人工硬腦膜邊緣封閉防止腦積液從切口縫線處漏出；如採用不縫合，而是將較硬腦膜窗稍大之人工硬腦膜鋪於缺損處，將其邊緣放置於硬腦膜下，在兩者的交界緣塗一層粘合劑，如氰基丙烯酸正丁酯(代號504)，將可能得到更好的效果且明顯縮短手術時間。
技術要求
臨床對人工硬腦膜的要求是：①無毒，對機體和腦組織無不良反應；②表面光滑,與蛛網膜和腦組織不粘連；③具有一定的強度、彈性和伸長性；④便於消毒和保存。因此，理想的硬腦膜修補材料需具備以下特點: ①材料來源充足，製備工藝簡便; ②化學性質穩定，無急性炎症反應，不發生腦膜-腦粘連; ③組織相容性好，無毒副作用，不產生免疫反應; ④安全性好，無致癌性物質，不傳播病毒性疾病; ⑤韌性好; ⑥緻密性好，無滲漏性。
人工硬腦膜修補材料分類
近幾十年來，不少神經外科工作者尋找了一些硬腦膜代用品，概括起來可分為兩類。
能吸收的移植物
包括自體移植物和異體移植物，如顳肌筋膜、顱骨骨膜、纖維蛋白膜、尿囊膜、羊腸膜、死人的硬腦膜、牛肌腱的炮製膜,牛心包膜及我國創用的特製胎膜。
人工硬腦膜不能吸收的物質
包括金屬相高分子化合物，如金箔、銀箔、不鏽鋼片、橡皮膜(最早被套用)、塞路璐膜、尼龍、維尼龍、特氟龍(聚四氟乙烯)、滌綸矽橡膠膜。但因前者會引起不同程度的炎性反應，結果造成纖維性變和與腦粘連，後者會產生不同程度的結締組織增生包裹。當前國外以牛肌腱的炮製膜及滌綸矽橡膠膜較為多用。
自體筋膜
目前硬腦膜代用品有數種，各有優缺點，而臨床套用較廣的是取自體材料。自體筋膜具有不發生排斥反應、組織相容性佳的特點，但因自體膜的提取需另行手術，取材來源有限，且與腦存在一定程度的粘連而易引發癲癇等缺點，很多國家已基本不用。
同種異體組織
如凍乾人硬腦膜。其優點是具有正常人體腦膜的超微結構，能夠起到一定的支撐及保護腦組織的作用，但材料來源有限，受到倫理道德的限制，且具有潛在感染病毒性疾病的可能，現已禁用。
異體生物材料
如牛心包、豬腹膜等。其優點是組織炎症反應輕微，修補後腦膜完整性好，能有效防止腦脊液漏，具有一定的伸展性和彈性，表面光滑，不易與周圍組織產生粘連。但在去除異種蛋白抗原性時運用的戊二醛會在材料中殘留部分醛基，不易徹底清除，從而阻礙細胞侵入植入組織，具有一定毒性，存在異物反應可能。
人工合成修補材料
如TachoComb、Vicryl等。這類材料一般取材方便，價格低廉，但作為永久性異物，排斥反應很難避免，易致無菌性炎症反應及刺激肉芽組織生成。
新型產品
絲素蛋白膜
絲素蛋白( silk fibroin ) 是一種蠶絲蛋白。與皮膚膠原蛋白同屬結構蛋白，其材料來源豐富，易於加工。Kim 等套用絲素蛋白膜對硬膜缺損大鼠模型進行硬腦膜修補，就其細胞毒性和抗炎作用進行了一系列研究。結果顯示：絲素蛋白膜無細胞毒性，而且能有效降低環氧化合酶-2 ( COX-2 ) 及誘導型一氧化氮合酶(iNOS) 的表達，同時降低炎性細胞因子IL -1β、IL -6 和腫瘤壞死因子-α (TNF -α) 的表達，大鼠硬腦膜修復後無腦脊液漏發生。有學者將絲素蛋白製成了靜電紡納米絲素纖維，並對其理化性質、形態( 纖維的細度和孔隙率) 、結構穩定性和生物相容性方面進行了比較和研究，認為其可用於組織修復及再生等生物醫學工程。絲素蛋白膜作為一種新型材料，其長期影響還需要進一步驗證，此外如何更好地控制其生物力學性能、孔徑和孔隙度、降解速率等以適應硬腦膜組織自身修復的要求，還有待更廣泛而深入地探究。
羊膜
羊膜(amniotic membrane) 是胎盤的最內層，其表面光滑，無血管、神經及淋巴組織，具有一定的彈性，厚約0.02~0.5 mm。羊膜免疫原性較低，且具有抗炎作用。經凍乾保存的羊膜仍能保持其組織學結構，其孔隙數平均為2 × 106 / mm，孔徑為0.3~0.4μm，可允許水分和一些小分子物質通過，而一般細菌不易通過直徑 < 5 μm 的孔隙，使其成為一道屏障。羊膜含有的抑菌因子、次級溶酶體、產生甾體類激素酶等活性物質，可有效抑制細菌生長。
Tao 等比較了凍乾羊膜、谷氨醯胺交聯羊膜及自體游離脂肪在減少椎板切除術後硬膜外瘢痕粘連方面的作用。結果顯示：谷氨醯胺交聯羊膜能有效減少硬膜外瘢痕纖維化，降低瘢痕粘連數量及強度，減輕術後併發症。Hao等將羊膜包裹在被橫斷的神經周圍，發現其能有效地減少神經與周圍組織的粘連以及疤痕的形成，從而保留神經細胞的遷移性並防止牽拉損傷和缺血。羊膜在很多方面符合硬腦膜修補材料所應具備的優點，有望成為一種比較理想的硬腦膜修補材料。
生物膠原基質膠
膠原( Collagen ) 屬於纖維狀蛋白質家族，是動物細胞外基質和結締組織的主要成分。膠原的類型很多，其中Ⅰ型最為常見，存在於皮膚、骨骼、肌腱等部位，分子細長，有剛性，由3 條膠原多肽鏈形成三螺旋結構。TissuDura 是一種從馬跟腱提取的膠原蛋白膠體，經氫氧化鈉及濃鹽酸滅活處理，無全身及局部毒性，粘連及感染的發生率極低。Pettorini等在47 例小兒神經外科手術中套用TissuDura 作為硬膜替代材料，結果顯示其能有效地防治腦脊液漏且無炎症反應及術後感染。Ciro 等在對其用於硬腦膜修復的一項長期影像學和神經病理學評價中認為: TissuDura 富有彈性，化學惰性強，適應性良好，同時在使用方法上簡便迅速。運用這種纖維蛋白膠重建硬腦膜時無需手術縫線，也未觀察到腦脊液漏、粘連和感染等併發症的發生。此外，因為纖維蛋白膠覆蓋技術簡單易行，可有效縮短手術的時間，同時具有一定的透明度，有利於手術操作區域的檢查，從而降低了手術風險。
高分子聚合材料
膨體聚四氟乙烯( ePTFE) 是一種新型醫用高分子材料，Sherman 等在蝶鞍區病灶切除術中使用ePTFE 進行硬腦膜修補，效果滿意。Frank 等對ePTFE 與自體骨膜在Chiari 畸形Ⅰ型硬膜成形術中的作用效果進行了比較，認為ePTFE 在維持後顱窩空間，改善脊髓空洞症以及降低手術失敗率等方面更具有優勢。儘管有學者認為ePTFE 材料表面張力較高、順應性較低，會對大腦皮質造成摩擦損傷，在較大區域使用可能導致術後腦脊液。但ePTFE 在局部較小區域作為硬膜替代材料的作用依然值得肯定。
Xie等將聚己內酯納米纖維套用於硬腦膜修補。通過與傳統非放射狀排列的聚己內酯納米纖維進行比較，發現放射狀排列的纖維能更快地引導並增強培養細胞從四周向中心的遷移及繁殖。在這兩種排列方式的纖維上培養的硬腦膜成纖維細胞均能表達I 型膠原蛋白( 硬腦膜細胞外基質的主要成分) ，其在放射狀纖維上的表達呈現出高度規律性，而在非放射狀纖維上則雜亂無章。這表明納米材料的結構在指導組織重塑方面起著關鍵作用。Kurpinski 等將聚消旋乳酸-ε己內酯/ 聚丙醇溶液通過靜電紡絲技術製得雙層納米纖維，其在防止腦脊液漏，促進硬腦膜再生方面均優於膠原基質。
細菌纖維素膜
細菌纖維素( Bacterial cellulose，BC) 是在醋酸桿菌發酵培養過程中由醋酸桿菌合成的纖維素，具有由超微纖維構成的精緻天然纖維網狀結構，BC 直徑僅為10 nm ～ 80 nm，屬納米級纖維，是目前最細的天然纖維。細菌纖維素具有許多獨特的性質，如高結晶度和高化學純度，高抗張強度和彈性模量，很強的水結合性，極佳的形狀維持能力和抗撕力，較高的生物適應性和良好的生物降解性，而且，細菌纖維素在生物合成時其性能和形狀具有可調控性，即通過調節培養條件，可得到物理、化學性質有差異的細菌纖維素膜。這些特點使細菌纖維素在食品、醫藥、化工等方面得到廣泛的套用。由細菌纖維素製成的敷料如Biofil和Bioprocess 等對皮膚燒傷有良好的治療作用，在部分國家已經商品化。
細菌纖維素膜具有作為人工硬腦膜的許多潛在的優良條件。Sanchez e Oliveira Rde 等對BC與人脫細胞真皮基質套用於胎羊脊髓脊膜膨出症的修補治療進行了比較，結果顯示: BC 能更充分地覆蓋受損神經組織，不依附神經組織的表面及深層，從而減少對脊髓的機械與化學損傷。BC在術中處理及避免神經組織粘連方面也更具優勢。
未來展望
上述幾種新材料均較符合理想的人工硬腦膜修補材料應具備的特點，但也存在各自的不足之處，如絲素蛋白膜在製作工藝上仍有待進一步改進；羊膜在取材方法與交聯劑的選擇方面值得進一步探究；生物膠原沒有一定的空間網狀結構，不利於自身成纖維細胞附著；高分子聚合材料的生物學毒性及理化性能也有待長期試驗的確證；細菌纖維素膜作為一種新型生物材料，其在硬腦膜領域的研究尚未見文獻報導。因此，新材料與新技術各種優點的相互融合將成為今後新型硬腦膜替代材料開發和套用的必然途徑。
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