استخدام التآزر من الخلايا العصبية السلائف والببتيدات الذاتي تجميع في التجريبية عنق الرحم إصابة الحبل الشوكي
Summary
Treating cervical spinal cord injury with both self-assembling peptides (SAP) and neural precursor cells (NPC), together with growth factors, is a promising approach to promote regeneration and recovery. A contusion/compression aneurysm clip rat model of cervical SCI and combined treatment involving SAP injection and NPC transplantation is established.
Abstract
إصابات في النخاع الشوكي (SCI) تسبب انخفاض خطير في جهازه العصبي والآثار النفسية والاقتصادية والاجتماعية للمرضى وأسرهم. سريريا، وأكثر من 50٪ من اصابات النخاع الشوكي تؤثر على العمود الفقري العنقي 1. ونتيجة لذلك الإصابة الأولية، سلسلة من آليات الثانوية بما في ذلك التهاب، وموت الخلايا المبرمج، وإزالة الميالين تحدث تؤدي في النهاية الى ظهور ندوب الأنسجة وتطوير تجاويف داخل النقي 2،3. كلا تمثل الحواجز الفيزيائية والكيميائية لزرع الخلايا، والتكامل، والتجدد. لذلك، وتشكيل البيئة المثبطة وسد التجاويف لخلق بيئة داعمة لزرع الخلايا وتجديدها هو الهدف العلاجي واعد 4. هنا، يتم وصف نموذج كدمة / ضغط SCI عنق الرحم باستخدام مقطع تمدد الأوعية الدموية. هذا النموذج هو أكثر أهمية سريريا من نماذج تجريبية أخرى، منذ transection كاملة أو تمزقات من الحبل نادرة. أيضا في comparison إلى نموذج انخفاض الوزن، والتي في ضرر معين الأعمدة ظهر، يظهر ضغط كفافي من الحبل الشوكي مفيد. كليب قوة إغلاق ومدة يمكن تعديلها لتحقيق مختلف شدة الإصابة. حلقة الربيع يسهل معايرة دقيقة وثبات القوة كليب. في ظل الظروف الفسيولوجية، والببتيدات الذاتي تجميع الاصطناعية (SAP) تجميع الذاتي في ألياف النانو، وبالتالي، وجهت نداء لتطبيقها في SCI 5. ويمكن حقنه مباشرة في الآفة التقليل من الأضرار التي لحقت الحبل. برامج التكيف الهيكلي هي هياكل حيويا نصب السقالات لسد تجاويف داخل النقي، وبالتالي، تجهيز الحبل تلف لعلاجات التجدد. K2 (QL) 6K2 (QL6) هو SAP الرواية التي أدخلها دونغ وآخرون للتر. 6 وبالمقارنة مع الببتيدات الأخرى، QL6 يجمع الذاتي إلى β اوراق عند pH محايدة بعد 6 .14 أيام SCI، بعد الحادة المرحلة، برامج التكيف الهيكلي تحقن في مركز الآفة والخلايا العصبية السلائف (NPC) هم injeالمديرية التنفيذية في أعمدة الظهرية المجاورة. من أجل دعم بقاء الخلية، يتم الجمع بين زرع مع الإدارة تحت الجافية مستمرة من عوامل النمو من خلال مضخات صغيرة التناضحي لمدة 7 أيام.
Introduction
ترتبط أكثر من 50٪ من إصابات في النخاع الشوكي في العمود الفقري العنقي. في وضع السريرية وصفها آليتين المرضية في جسم المريض رئيسية: كدمة الأولية من الحبل الشوكي، وبالتالي، فإن الضغط المستمر الناجم عن كسور العظام، ونزيف أو تورم الأنسجة.
مقطع تمدد الأوعية الدموية يقلد كدمة / نموذج ضغط كل من الآليات الفيزيولوجية المرضية: التقاط مقطع تنتج كدمة ومدة قطة يمثل عنصر ضغط، وتلقت شباكه أن ضغط في المرافق الصحية الناجمة عن كسور العظام، ونزيف أو تورم الأنسجة تعد هامة الماضي. يتم تعديل مقطع تمدد الأوعية الدموية التي يستخدمها الربيع عصابة ضمان قوة بالضبط وقابلة للتكرار لقطة. وخصوصا بالمقارنة مع نصفي transection أو نموذج كدمة، هذا الكليب تمدد الأوعية الدموية يحاكي نموذج أفضل الإعدادات السريرية. بينما المرضى الذين يعانون من إصابات الصدر يعانون من الشلل النصفي، ومعظم المرضى الذين يعانون ينج عنق الرحمuries هي tetraplegic وتعتمد اعتمادا كليا. بنية التشريحية من الحبل عنق الرحم، ومع ذلك، يظهر اختلافات كبيرة مقارنة مع الصدر أو العمود الفقري القطني، وبالتالي، يتم تناول على وجه الخصوص في هذا البروتوكول.
تطوير تجاويف داخل النقي وتندب الأنسجة هي العقبات لتحقيق الانتعاش والتجدد. للتغلب على هذه العوائق استخدام المواد سقالة هو نهج واعد. الببتيدات الذاتي تجميع يمكن حقنه مباشرة في بؤرة الآفة. هناك والتجمع في السقالات نانو الألياف سد تجويف وتحسين البيئة المثبطة عن طريق الحد من الالتهابات والندبات الأنسجة. في حين أن المواد الصلبة تسبب ضررا كبيرا للنخاع الشوكي خلال زرع، والببتيدات السوائل يمكن حقن بأمان ودون ضرر إضافي شديد.
تحسين البيئة المثبطة مع الببتيدات الذاتي تجميع قبل زرع الخلايا الجذعية، وبالتالي، ودعم خلية طntegration، والتمايز، وأخيرا، والانتعاش وظيفية، بعد عنق الرحم إصابة الحبل الشوكي.
Protocol
Representative Results
Discussion
وقد تم تطوير هذا البروتوكول لتمكين القارئ لأداء نموذج إصابة عنق الرحم في الفئران واستخدام نهج العلاج جنبا إلى جنب مع برامج التكيف الهيكلي والشخصيات تعزيز الانتعاش أفضل بعد اصابات النخاع الشوكي العنقي.
لا سيما بالمقارنة مع غيرها…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ونود أن نشيد بالدعم التمويل لهذا العمل من المعاهد الكندية لأبحاث الصحة (CIHR)، ومؤسسة Krembil الأسرة، ورئيس هولبرت في إصلاح العصبية والتجديد، فيليب وبيغي DeZwirek، وغوردون ياو للمساهمة في الشكل 2 . وقد تم تمويل كلاوس Zweckberger من خلال منحة من "دويتشه Forschungsgesellschaft" (DFG).
Materials
| Name | Company |
| Aneurysmal clip | SharpTech |
| Surgical microscope | Leica |
| Micro injection system | World Precision Instruments, Inc. |
| Small animal stereotaxic instrument | David Kopf Instruments |
| Hamilton syringe | Hamilton company |
| Subdural pumps | Alzet osmotic micro pump 1007D |
| Surgical instrument | Fine Science tools |
| Isoflurane USP | Pharmaceutical Partners of Canada Inc. |
| 0.9% Sodium Chloride injection USP | Baxter |
| 7.5% Povidone iodine | Purdue Pharma |
| 70% Isopropyl alcohol USP | GreenField Ethanol Inc. |
| QL6 SAP | Covidien |
| 0.4% Trypan blue | Gibco |
| Platelet-Derived Growth Factor (PDGF) | Sigma |
| Epidermal Growth Factor (EGF) | Sigma |
| Fibroblast Growth Factor (FGF) | Sigma |
References
- Sekhon, L. H., Fehlings, M. G. Epidemiology, demographics, and pathophysiology of acute spinal cord injury. Spine (Phila Pa 1976). 26, S2-S12 (2001).
- Fehlings, M. G., Tator, C. H., Linden, R. D. The relationships among the severity of spinal cord injury, motor and somatosensory evoked potentials and spinal cord blood flow). Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 74, 241-259 (1989).
- Thuret, S., Moon, L. D., Gage, F. H. Therapeutic interventions after spinal cord injury. Nat Rev Neurosci. 7, 628-643 (2006).
- Iwasaki, M., Wilcox, J. T., Nishimura, Y., Zweckberger, K., Suzuki, H., Wang, J., Liu, Y., Karadimas, S. K., Fehlings, M. G. Synergistic effects of self-assembling peptide and neural stem/progenitor cells to promote tissue repair and forelimb functional recovery in cervical spinal cord injury. Biomaterials. 35, 2617-2629 (2014).
- Holmes, T. C., de Lacalle, S., Su, X., Liu, G., Rich, A., Zhang, S. Extensive neurite outgrowth and active synapse formation on self-assembling peptide scaffolds. Proc Natl Acad Sci U S A. 97, 6728-6733 (2000).
- Dong, H., Paramonov, S. E., Aulisa, L., Bakota, E. L., Hartgerink, J. D. Self-assembly of multidomain peptides: balancing molecular frustration controls conformation and nanostructure. J Am Chem Soc. 129, 12468-12472 (2007).
- Rivlin, A. S., Tator, C. H. Effect of duration of acute spinal cord compression in a new acute cord injury model in the rat. Surg Neurol. 10, 38-43 (1978).
- Poon, P. C., Gupta, D., Shoichet, M. S., Tator, C. H. Clip compression model is useful for thoracic spinal cord injuries: histologic and functional correlates. Spine (Phila Pa 1976). 32, 2853-2859 (2007).
- Fehlings, M. G., Tator, C. H. The relationships among the severity of spinal cord injury, residual neurological function, axon counts, and counts of retrogradely labeled neurons after experimental spinal cord injury. Exp Neurol. 132, 220-228 (1995).
- Joshi, M., Fehlings, M. G. Development and characterization of a novel, graded model of clip compressive spinal cord injury in the mouse: Part 2. Quantitative neuroanatomical assessment and analysis of the relationships between axonal tracts, residual tissue, and locomotor recovery. J Neurotrauma. 19, 191-203 (2002).
- Joshi, M., Fehlings, M. G. Development and characterization of a novel, graded model of clip compressive spinal cord injury in the mouse: Part 1. Clip design, behavioral outcomes, and histopathology. J Neurotrauma. 19, 175-190 (2002).
- Cigognini, D., Satta, A., Colleoni, B., Silva, D., Donegà, M., Antonini, S., Gelain, F. Evaluation of early and late effects into the acute spinal cord injury of an injectable functionalized self-assembling scaffolds. PLoS One. 6 (5), e19782 (2011).
- Hou, T., Wu, T., Wang, L., Liu, Y., Li, M., Long, Z., Chen, H., Li, Y., Wang, Z. Cellular prostheses fabricated with motor neurons seeded in self-assembling peptides promotes partial functional recovery afters spinal cord injury in rats. Tissue eng Part A. 18 (9-10), (2012).
- Gelain, F., Cigognini, D., Caprini, A., Silva, D., Colleoni, B., Donegà, M., Antonini, S., Cohen, B. E., Vescovi, A. New bioactive motifs and their use in functionalized self-assembling peptides for NPC differentiation and neural tissue engineering. Nanoscale. 4 (9), 2946-2957 (2012).
- Liu, Y., Ye, H., Satkunendrarajah, K., Yao, G. S., Bayon, Y., Fehlings, M. G. A self-assembling peptide reduces glial scarring, attenuates post-traumatic inflammation and promotes neurological recovery following spinal cord injury. Acta Biomater. 9, 8075-8088 (2013).
- Rosner, J., Avalos, P., Axosta, F., Liu, J., Drazin, D. The potential for cell therapy combined with growth factors in spinal cord injury. Stem Cell Int. , 826754 (2012).
- Lu, P., Wang, Y., Graham, L., McHale, K., Gao, M., Wu, D., Brock, J., Blesch, A., Rosenzweig, E. S., Havton, L. A., Zheng, B., Conner, J. M., Marsala, M., Tuszynsky, M. H. Long distance growth and connectivity of neural stem cells after severe spinal cord injury. Cell. 150, 1265-1273 (2012).
- Karimi-Abdolrezaee, S., Schut, D., Wang, J., Fehlings, M. G. Chondrioitinase and grwoth factors enhance activation and oligodendrocyte differentiation of endogenous neural precursor cells after spinal cord injury. PLoS One. 7 (5), e37589 (2012).
- Awad, B. I., Carmody, M. A., Steinmetz, M. P. Potential role of growth factors in the management of spinal cord injury. World Neurosurg. (13), 1875-8750 (2013).
- Kojima, A., Tator, C. H. Intrathecal administration of epidermal growth factor and fibroblast growth factor 2 promotes ependymal proliferation and functional recovery after spinal cord injury in adult rats. J Neurotrauma. 19 (2), 223-238 (2002).
- Karimi-Abdolrezaee, S., Eftekharpour, E., Wang, J., Cindi, M. M., Fehlings, M. G. Delayed trasplantation of adult neural presursor cells promotes remyelination and functional neurological recovery after spinal cord injury. J Neurosci. 26 (13), 3377-3389 (2006).
- Burdick, J. A., Ward, M., Liang, E., Young, M. J., Langer, R. Stimulation of neurite outgrowth by neurotrophins delivered from degradable hydrogels. Biomaterials. 27, 452-459 (2006).
