Experimentelle Strategien große Gewebelücken in das verletzte Rückenmark nach akutem zu überbrücken und chronische Lesion
Summary
Severe spinal cord injuries often result in tissue defects. Two possibilities are described to successfully bridge such gaps to promote tissue adaptation, regenerative responses and functional improvement in rats via implantation of a mechanical microconnector system after acute injury and five weeks after complete spinal cord transection.
Abstract
Nach einer Verletzung des Rückenmarks (SCI) eine Narbe bildet sich in der Läsion Kern, der axonalen Regeneration behindert. Überbrückung der Stelle der Verletzung nach einer Beleidigung des Rückenmarks, Tumorresektionen oder von traumatischen Unfällen Gewebedefekte können bei der Erleichterung der allgemeinen Gewebereparatur sowie regenerative Wachstum von Nervenfasern de und über den betroffenen Bereich unterstützen. Zwei experimentelle Therapiestrategien werden vorgestellt: (1) Implantation eines neuartigen microconnector Gerät in einen akut und vollständig durchtrennt Brust-Ratte Rückenmark Rückenmarksgewebe Stümpfe trennt neu anpassen, und (2) Polyethylenglykol Füllung des SCI-Website in chronisch lädierten Ratten nach Narbe Resektion. Die chronische Rückenmark Läsion in diesem Modell ist eine komplette Rückenmark durchtrennt, die 5 Wochen vor der Behandlung zugefügt wurde. Beide Methoden haben in letzter Zeit sehr viel versprechende Ergebnisse und gefördert axonalen Nachwachsen, vorteilhaft Zellinvasion und funktionelle Verbesserungen erreichtin Nagetiermodellen von Rückenmarksverletzungen.
Die mechanische microconnector System (MMS) ist ein Mehrkanalsystem aus Polymethylmethacrylat (PMMA) besteht mit einem Auslass Schlauchsystem Unterdruck auf die mMS anzuwenden Lumen somit das Rückenmark Stümpfe in die Wabenstrukturierten Löcher ziehen. Nach der Implantation in den 1 mm Gewebespalt wird das Gewebe in die Vorrichtung gesaugt. Weiterhin sind die Innenwände der mMS zur besseren Gewebeadhäsion mikrostrukturiert.
Im Falle der chronischen Ansatz Rückenmarksverletzungen, Rückenmarksgewebe – Bereich einschließlich der Narbe gefüllte Läsion – ist auf einer Fläche von 4 mm in der Länge reseziert. Nach der mikrochirurgisches scar Resektion wird der resultierende Hohlraum mit Polyethylenglykol (PEG 600) gefüllt ist, das eine ausgezeichnete Substrat bereitzustellen , um Zellinvasion, Revaskularisation, die Regeneration von Axons und sogar kompakter Remyelinisierung in vivo gefunden wurde.
Introduction
Eine traumatische Verletzung des Rückenmarks nicht nur führt zum Verlust von Axonen , aber es weitere Ergebnisse bei Gewebedefekten , die keine regenerative Reaktionen behindern (zur Übersicht siehe 1,2). Rückenmarksgewebe wird häufig durch sekundäre Degeneration verloren Zystenbildung oder Löchern in und um den Schädigungsbereich führt. Die meisten experimentellen therapeutischen Interventionen konzentrieren sich auf unvollständige Rückenmarksschäden wie teilweise Durchtrennung, zerdrücken oder Prellung Verletzungen mit einer Rest Rand von gesundem Gewebe. Für eine vollständige Verletzungen wie Gesamtquerschnitten erhalten von traumatischen Unfällen oder chirurgischen Eingriffen führt, wie Tumorresektionen, nur sehr begrenzte Behandlungsmöglichkeiten zur Verfügung stehen heute 3,4. Nach der vollständigen Durchtrennung, so dass Mechaniker Spannung der Gewebe führt Wirbelsäulenstumpf Retraktion, einen kleinen Spalt im Rückenmark. Die meisten Strategien konzentrieren , diese Lücke mit Gewebe, Zellen oder Matrizen auf Füllung 5,6.
Hier wird eine andere Strategieist, und zwar erneut Anpassung der getrennten Stümpfe präsentiert 7 ein neuartiges microconnector Gerät. Hat , um die beiden Stümpfe, mechanische Kraft auf neu anpassen als leichter Unterdruck angelegt werden , um diese (Figur 1) zu erreichen. Die mechanische microconnector System (MMS) ist ein Mehrkanalsystem aus Polymethylmethacrylat (PMMA) mit wabenförmigen Löchern (1A) und mit einem Auslass Rohrsystem vorgesehen. Es wird in den Gewebespalt von kompletten Rückenmarksdurchtrennung in der Ratte (Figur 1C) resultierenden implantiert. Ein Rohr mit einer Vakuumpumpe verbunden sein , um Unterdruck an den MMS (1D) anzuwenden. Der Druck zieht abgeklemmten Rückenmark Stümpfe in die wabenförmigen Löcher der mMS, die mikrostrukturierten Wände haben , das Gewebe in Position zu halten , wenn der Druck freigegeben wird (1B). Der Schlauch kann nach der Operation und an eine osmotische Minipumpe intakt gelassen werden, umSubstanzen in die Läsion Kern (1E-F) zu infundieren.
Neben einer akuten Durchtrennung des Rückenmarks eine andere Art von vollständigen Läsion ergibt sich aus der chirurgischen Entfernung eines Tumors oder spinal einer festen chronische Läsion Narbe zu große Gewebelücken von mehreren Millimetern führen, die nicht durch den MMS so weit überwunden werden. Die Mehrzahl der Patienten mit Rückenmarkstrauma leiden an chronischen Verletzungen. Bei diesen Patienten nimmt eine voll entwickelte Narbe der Läsion Kern. Die chirurgische Entfernung der Läsion Narbe ist ein Konzept für eine Behandlung , die gegenwärtig nach experimenteller SCI 8,9 untersucht. Während die Resektion Verfahren selbst, ohne daß erhebliche zusätzliche Beschädigung durchgeführt werden kann, muss der sich ergebende Gewebespalt mit einer geeigneten Matrix überbrückt werden, die die Regeneration der Gewebe ermöglicht und fördert, und im speziellen Fall von Verletzungen des Rückenmarks, die Regeneration von Nervenfasern zu halten und Bewegungsfunktionen fördern. es wargefunden, daß niedermolekulares Polyethylenglykol (PEG 600) ein sehr geeignetes Material für diesen Zweck ist. Sein Mangel an Immunogenität und der sehr niedrige Viskosität ermöglicht eine reibungslose Integration in das umliegende Gewebe. Insertion des Biopolymers alleine fördert die Invasion von nützlichen Zellen, einschließlich Endothelzellen, peripherer Schwann – Zellen und Astrocyten, und – was sehr wichtig ist – die Regeneration und Dehnung von Axonen der absteigenden und Faserbahnen aufsteigend sowie deren ensheathment von kompakten Myelin 8. Diese regenerative Antworten gefunden wurden durch langfristige Funktionsverbesserungen begleitet werden. Die Kombination der Resektion von Narbengewebe und anschließender Implantation von PEG 600 stellt eine sichere und einfache, aber sehr effizientes Mittel zur Überbrückung erhebliche Gewebedefekten Rückenmark.
Protocol
Representative Results
Discussion
Hier werden zwei verschiedene chirurgische Ansätze werden vorgestellt, um Gewebe Lücken im Rückenmark nach (1) akute vollständige Durchtrennung und mMS Implantation und (2) chronischen Rückenmark Läsion und faserige Entfernung von Narben und PEG-Matrix Implantation überbrücken. Beide Strategien führen zu Gewebeerhaltung und axonalen Regeneration sowie zu erheblichen Bewegungs funktionelle Verbesserung der behandelten Tiere. Für mMS von der Firma dura Naht nach der Operation eine ausreichende Fixierung der mMS …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
German Legal Casualty Insurance (DGUV), Research Commission of the Medical Faculty of the Heinrich-Heine-University
Materials
| PEG 600 Ph Eur | Merck/VWR | 8,170,041,000 | |
| Gelastypt gelatine sponge | sanofi Aventis | PZN-8789582 | |
| Nescofilm Sealant | Roth | 2569.1 | |
| Baytril | Bayer | ||
| Rimadyl (Carpofen) | Pfizer | ||
| Forene (Isoflurane) | Abbvie | ||
| Kodan (skin disinfectant) | |||
| Histoacryl (tissue glue) | |||
| Friedman-Pearson Rongeur, 1 mm cup, straight | Fine Science Tools | 16020-14 | |
| Two-in-one Micro Spatula – 12 cm | Fine Science Tools | 10091-12 | |
| Dumont #7 Forceps – Inox Medical | Fine Science Tools | 11273-20 | |
| Dumont #5/45 Forceps – Inox Medical | Fine Science Tools | 11253-25 | |
| Spinal cord hook | Fine Science Tools | 10162-12 | |
| Scissors | Fine Science Tools | 14078-10 | |
| Clamp | Aesculap | EA016R | |
| Ethicon Vicryl 4-0 | |||
| Bepanthen Augen- und Nasensalbe | Bayer | ||
| Anatomical forceps | Fine Science Tools | 11000-13 | |
| Self-retaining retractor | Fine Science Tools | 17008-07 | |
| Skin clamp | Fine Science Tools | 13008-12 | |
| Aluspray | Selectavet |
References
- Ramer, L. M., Ramer, M. S., Bradbury, E. J. Restoring function after spinal cord injury: towards clinical translation of experimental strategies. The Lancet. Neurology. 13 (12), 1241-1256 (2014).
- McDonald, J. W., Howard, M. J. Repairing the damaged spinal cord: a summary of our early success with embryonic stem cell transplantation and remyelination. Prog. Brain Res. 137, 299-309 (2002).
- Yoon, S. H., et al. Complete spinal cord injury treatment using autologous bone marrow cell transplantation and bone marrow stimulation with granulocyte macrophage-colony stimulating factor: Phase I/II clinical trial. Stem Cells. 25 (8), 2066-2073 (2007).
- Brotchi, J. Intrinsic spinal cord tumor resection. Neurosurgery. 50 (5), 1059-1063 (2002).
- Estrada, V., Tekinay, A., Muller, H. W. Neural ECM mimetics. Prog. Brain Res. 214, 391-413 (2014).
- Tetzlaff, W., et al. A Systematic Review of Cellular Transplantation Therapies for Spinal Cord Injury. J.Neurotrauma. 28 (8), 1611-1682 (2010).
- Brazda, N., et al. A mechanical microconnector system for restoration of tissue continuity and long-term drug application into the injured spinal cord. Biomaterials. 34 (38), 10056-10064 (2013).
- Estrada, V., et al. Long-lasting significant functional improvement in chronic severe spinal cord injury following scar resection and polyethylene glycol implantation. Neurobiol. Dis. 67, 165-179 (2014).
- Rasouli, A., et al. Resection of glial scar following spinal cord injury. J.Orthop.Res. 27 (7), 931-936 (2009).
- Schira, J., et al. Significant clinical, neuropathological and behavioural recovery from acute spinal cord trauma by transplantation of a well-defined somatic stem cell from human umbilical cord blood. Brain. 135, 431-446 (2011).
