שימוש סינרגטי של תאים עצביים מבשר ופפטידים עצמי הרכבה בפגיעה בחוט השדרה הניסויית צוואר הרחם
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
פגיעות בחוט השדרה (SCI) לגרום לירידת ערך רצינית נוירולוגיות והשלכות פסיכולוגיות, כלכליות, וחברתיות לחולים ובני משפחותיהם. מבחינה קלינית, יותר מ -50% מSCI להשפיע על עמוד השדרה הצווארי 1. כתוצאה מהפגיעה הראשונית, מפל של מנגנונים משניים כוללים דלקת, אפופטוזיס, וdemyelination להתרחש לבסוף מוביל להצטלקות רקמה ופיתוח של חללי intramedullary 2,3. שניהם מייצגים מחסומים פיזיים וכימיים להשתלת תאים, אינטגרציה, והתחדשות. לכן, עיצוב הסביבה המעכבת וגישור חללים כדי ליצור סביבה תומכת להשתלת תאים והתחדשות הוא יעד טיפולי מבטיח 4. כאן, מודל חבלה / דחיסה של צוואר רחם SCI באמצעות קליפ פרצה מתואר. מודל זה הוא יותר מבחינה קלינית רלוונטי מאשר דגמים ניסיוניים אחרים, מאז חיתוך רוחב או קרעים של החוט מלא הם נדירים. גם בcomparison למודל הירידה במשקל, שבניזק מסוים עמודות dorsum, דחיסה היקפית של חוט השדרה מופיעה יתרון. כוח סגירת קליפ ומשך יכולים להיות מותאם כדי להשיג חומרת פציעה שונה. אביב טבעת מאפשר כיול והתמדה של כוח קליפ מדויקים. בתנאים פיסיולוגיים, פפטידים הרכבה עצמית סינטטיים (SAP) עצמי להרכיב לnanofibers וכך, פונים ליישום בSCI 5. הם יכולים להיות מוזרקים ישירות לתוך נגע מזעור נזק לכבל. SAPs הם מבנים ביולוגית הקמת פיגומים לגשר חללי intramedullary וכך, לצייד את הכבל הפגום לטיפולי משובי. K2 (QL) 6K2 (QL6) הוא SAP רומן הוצג על ידי דונג et l. 6 בהשוואה לפפטידים אחרים, QL6 עצמי מרכיב לתוך β גליונות ב- pH הניטרלי 6 .14 ימים לאחר SCI, לאחר השלב, הפרשות חריפות הם שהוחדרו לתוך המרכז של הנגע ותאים עצביים מבשר (NPC) הוא Injected לעמודות גב סמוכות. על מנת לתמוך בהישרדות תא, השתלה משולבת עם ממשל subdural מתמשך של גורמי גדילה על ידי משאבות מיקרו האוסמוטי למשך 7 ימים.
Introduction
יותר מ -50% מפגיעות בעמוד השדרה קשורים לעמוד השדרה הצווארי. בהגדרה הקלינית שני מנגנוני pathophysiological עיקריים כאמורים מפורטים: החבלה הראשונית של חוט השדרה, ולאחר מכן, הדחיסה המתמשכת שגורמת לשברים בעצמות, שטפי דם או נפיחות רקמות.
מחקה חבלה / דגם דחיסת קליפ הפרצה שני מנגנוני pathophysiological: מצלם את הקליפ מייצר חבלה ואת משך הזמן של גזיר עיתון מייצג את מרכיב הדחיסה, הודה כי הדחיסה במסגרות קליניות הנגרמות על ידי שברים בעצמות, שטפי דם או רקמות נפיחות יותר משמעותי אחרון. קליפ מפרצת המשמש הוא שונה על ידי אביב טבעת הבטחת כוח גזיר מדויק ושחזור. במיוחד בהשוואה לחמים-חיתוך רוחב או מודל החבלה, הגדרות זה קליפ מפרצת מחקה מודל הטוב ביותר הקליניות. בעוד חולים עם פגיעות בחזה סובלים מparaplegia, רוב החולים עם inj צוואר הרחםuries הוא tetraplegic ותלוי לחלוטין. המבנה האנטומי של חוט צוואר הרחם, לעומת זאת, מראה הבדלים משמעותיים בהשוואה לעמוד השדרה החזי או מותני, ובכך, מופנה במיוחד בפרוטוקול זה.
הפיתוח של חללי intramedullary וצלקות רקמת מכשולים להחלמה והתחדשות. כדי להתגבר על מחסומים אלה את השימוש בחומר פיגום הוא גישה מבטיחה. ניתן להזריק פפטידים עצמי הרכבה ישירות למוקד של הנגע. שם הם יותכו פיגומי ננו-סיבי גישור החלל ולשפר את איכות הסביבה המעכבת על ידי הפחתת דלקת ומפחידה רקמה. בעוד חומרים קשיחים לגרום נזק רב של חוט השדרה במהלך השתלה, ניתן להזריק את הפפטידים נוזל בבטחה וללא נזק נוסף חמור.
שיפור הסביבה המעכבת עם פפטידים הרכבה עצמית לפני השתלת תאי גזע, ומכאן, תומך בתא integration, בידול וסופו של דבר, התאוששות תפקודית, לאחר פגיעה בחוט השדרה הצווארי.
Protocol
Representative Results
Discussion
פרוטוקול זה פותח כדי לאפשר לקורא לבצע מודל פציעה בצוואר הרחם בחולדות ולהשתמש בגישת טיפול משולבת עם SAPs וNPCs קידום התאוששות טובה יותר לאחר צוואר רחם SCI.
במיוחד בהשוואה לדגמים אחרים בצוואר הרחם טראומה, כגון המודל (חמי) -transection או מודלי…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ברצוננו להודות תמיכה במימון עבור עבודה זו מהמכון הקנדי לבריאות מחקר (CIHR), קרן Krembil המשפחה, יו"ר הלברט בתיקון עצבי וההתחדשות, פיליפ ופגי DeZwirek, וגורדון יאו לתרומה לאיור 2 . קלאוס Zweckberger מומן על ידי מענק מ" דויטשה 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).
