Experimentele Strategieën om Grote Tissue Hiaten in de Gewonde Spinal Cord brug na Acute en chronische Letsel
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
Na een dwarslaesie (SCI) een litteken vormen in de laesie kern die het regenereren van axonen belemmert. Overbruggen van de plaats van letsel na een insult van het ruggenmerg, tumor insnijdingen of weefseldefecten gevolg van traumatische ongelukken kunnen helpen bij het vergemakkelijken algemeen weefselherstel alsook regeneratieve groei van zenuwvezels in en buiten het getroffen gebied. Twee experimentele behandelingsstrategieën worden: (1) implantatie van een nieuw microconnector apparaat een acuut en volledig doorgesneden thoracale ruggenmerg van de rat om opnieuw aan te passen doorgesneden ruggenmerg weefsel stompen, en (2) polyethyleenglycol vullen van de SCI site chronisch gelaedeerde ratten na litteken resectie. Chronische dwarslaesie in dit model u een ruggenmerg doorsnijding die 5 weken toegebracht vóór de behandeling. Beide methoden hebben onlangs bereikt veelbelovende resultaten en gepromoot axonale hergroei, gunstig cellulaire invasie en functionele verbeteringenin knaagdier modellen van ruggenmergletsel.
De mechanische microconnector systeem (MMS) is een multi-channel systeem, bestaande uit polymethylmethacrylaat (PMMA) met een uitlaat slang systeem om negatieve druk uit te oefenen op de MMS-lumen dus trekken aan het ruggenmerg stompen in de honingraat-structuur gaten. Na de implantatie in de 1 mm weefsel tussenruimte het weefsel wordt gezogen in de inrichting. Bovendien is de binnenwanden van de MMS-berichten worden microgestructureerde betere adhesie van weefsel.
Bij chronische ruggenmergletsel benadering ruggenmergweefsel – inclusief de litteken gevulde laesiegebied – gereseceerd over een gebied van 4 mm. Na het litteken microchirurgische resectie de resulterende holte wordt gevuld met polyethyleenglycol (PEG 600) en bleek een uitstekend substraat voor cellulaire invasie, revascularisatie, axonale regeneratie en zelfs compact remyelinisatie in vivo.
Introduction
Een traumatisch letsel aan het ruggenmerg leidt niet alleen tot verlies van axonen maar meer resultaten in weefseldefecten waarop een regeneratieve respons belemmert (voor review zie 1,2). Ruggenmerg weefsel wordt vaak verloren door secundaire degeneratie die leidt tot de vorming of gaten cyste in en rond de laesie omgeving. Meest experimentele therapeutische interventies gericht op onvolledige ruggenmerg schade als gedeeltelijke doorsnijding, pletten of contusie verwondingen met een resterende rand van gezond weefsel. Voor volledige verwondingen zoals totale doorsnijdingen als gevolg van traumatische ongevallen of chirurgische ingrepen, zoals tumor resectie, slechts zeer beperkte behandelingsmogelijkheden zijn vandaag de dag 3,4 beschikbaar. Na volledige doorsnijding, mechanische spanning van het weefsel resulteert in spinale stomp terugtrekken, waardoor een kleine opening in het ruggenmerg. De meeste strategieën richten zich op te vullen dit gat met weefsel, cellen of matrices 5,6.
Hier, een andere strategiewordt gepresenteerd, namelijk opnieuw aanpassing van de afgescheiden stompen met behulp van een roman microconnector apparaat 7. Om de twee stompen opnieuw aan te passen, mechanische kracht moet worden aangebracht als een lichte onderdruk op deze (figuur 1) te bereiken. De mechanische microconnector systeem (MMS) is een multi-kanaalsysteem polymethylmethacrylaat (PMMA) met honingraatvormige openingen (figuur 1A) en voorzien van een uitlaat buissysteem. Het wordt geïmplanteerd in het weefsel voeg door volledige doorsnijding ruggenmerg bij ratten (Figuur 1C). Een buis kan worden verbonden met een vacuümpomp om negatieve druk op het mms (figuur 1D). De druk trekt de losgekoppelde ruggenmerg stompen in de honingraat-vormige gaten van de MMS, die microgestructureerde wanden om het weefsel op zijn plaats wanneer de druk wordt losgelaten (Figuur 1B). De buis kan na de operatie intact worden gelaten en om bevestigd aan een osmotische minipompstoffen doordringen in de laesie kern (figuur 1E-F).
Naast een acute doorsnijden van het ruggenmerg ander type volledige laesie gevolg van chirurgische verwijdering van een tumor of een spinale vaste chronische laesie litteken weefsel leidt tot grote verschillen van enkele millimeters, die niet kan worden overwonnen door de mms nu toe. De meeste patiënten met ruggenmerg trauma aan chronische blessures. Bij deze patiënten, een volledig ontwikkelde litteken bezet de laesie kern. De chirurgische verwijdering van de laesie litteken is een concept voor behandeling die momenteel wordt onderzocht na experimentele SCI 8,9. Terwijl de resectie procedure zelf kunnen worden uitgevoerd zonder dat aanzienlijke bijkomende schade, het resulterende weefsel gat moet worden overbrugd met een geschikte matrix die het mogelijk maakt en bevordert de regeneratie van weefsel en, in het specifieke geval van ruggenmergletsels, de regeneratie van zenuwvezels te handhaven en motorische functies te bevorderen. Het wasgevonden dat laag-molecuulgewicht polyethyleenglycol (PEG 600) is een zeer geschikt materiaal voor dit doel. Het ontbreken van immunogeniciteit en de zeer lage viscositeit mogelijk soepele integratie in het omringende weefsel. Insertie van het biopolymeer alleen bevordert de invasie van goedaardige cellen, zoals endotheliale cellen, perifere Schwann cellen en astrocyten, en – heel belangrijk – het herstel en rek axonen van aflopende of oplopende vezelbanen en hun ensheathment door compact myeline 8. Deze regeneratieve reacties bleken te worden begeleid door langdurige functionele verbeteringen. De combinatie van resectie van littekenweefsel en daaropvolgende implantatie van PEG 600 bevat een veilige en eenvoudige, doch efficiënte wijze te overbruggen aanzienlijke ruggemerg defecten.
Protocol
Representative Results
Discussion
Hier twee verschillende chirurgische benaderingen worden gepresenteerd om leemten weefsel te overbruggen in het ruggenmerg na (1) acute volledige doorsnijding en MMS-implantatie en (2) chronische dwarslaesie en vezelig litteken verwijdering plus PEG matrix implantatie. Beide strategieën leiden tot weefsel behoud en axonale regeneratie alsmede significante bewegingsapparaat functionele verbetering van de behandelde dieren. MMS-implantatie een adequate fixatie van de mms binnen het ruggenmerg door de firma dura hechting …
Disclosures
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).
