אסטרטגיות ניסיון לגשר על פערים גדולים של רקמה בחוט השדרה נפגע לאחר חריפת נגע כרוני
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
לאחר פגיעה בחוט השדרה (SCI) צורות צלקתית הליבה הנגע אשר מעכבת התחדשות axonal. גישור האתר של פציעה לאחר עלבון חוט השדרה, כריתות גידולים או פגמי רקמות כתוצאה מתאונות טראומטיות יכול לסייע בקידום תיקון רקמות כללי וכן צמיחת התחדשות של סיבי עצב לתוך ומעבר האזור הפגוע. שתי אסטרטגיות טיפול ניסיוני מוצגות: (1) השתלה של מכשיר החדש microconnector לתוך בחריפות ובאופן מוחלט transected כבל חזה עכברוש שדרת readapt ניתקה גדמי רקמת חוט שדרה, ו (2) מילוי פוליאתילן גליקול של אתר SCI בחולדות lesioned כרוני לאחר כריתת צלקת. נגע חוט השדרה הכרוני במודל זה הוא חיתוך רוחב חוט שדרה שלם שבו נגרם 5 שבועות לפני הטיפול. שני השיטות השיגו לאחרונה מאוד תוצאות מבטיחות וחזרת אקסונלית קדמה, פלישה הסלולר מועילה ושיפורים תפקודייםבמודלים של מכרסמים של פגיעה בחוט השדרה.
המערכת microconnector מכני (MMS) היא מערכת רב ערוצית מורכב polymethylmethacrylate (PMMA) עם מערכת צינורות מוצא להפעיל לחץ שלילי על MMS לומן ובכך מושך את גדמי חוט השדרה לתוך החורים מובנה חלת דבש. לאחר ההשתלה שלו לתוך פער רקמות 1 מ"מ הרקמה נשאבה לתוך המכשיר. יתר על כן, על הקירות הפנימיים של MMS הם microstructured הידבקות רקמות טובה יותר.
במקרה של הגישה הפגיעה בחוט השדרה הכרונית, רקמת חוט שדרה – כוללים באזור הנגע מלא צלקת – היא כריתה על פני שטח של 4 מ"מ האורך. לאחר כריתת צלקת מייקרו החלל שנוצר מתמלא פוליאתילן גליקול (PEG 600) אשר נמצאה לספק תשתית מצוינת עבור פלישה הסלולר, רה-וסקולריזציה, התחדשות axonal ויצירת מיאלין קומפקטית אפילו in vivo.
Introduction
פציעה טראומטית בחוט השדרה לא רק מובילה לאובדן של אקסונים אבל זה תוצאות נוספות פגמי רקמות אשר לעכב כל תגובות רגנרטיבית (לסקירה ראה 1,2). רקמת חוט שדרה הוא אבד לעתים קרובות דרך ניוון משני מוביל ציסטה היווצרות או חורים בתוך ומסביב באזור הנגע. רוב ניסיונות טיפול להתמקד ניזקי חוט שדרה שלמים כמו חיתוך רוחב חלקי, פציעות למעוך או חבלה עם שפה נותרת של רקמה בריאה. עבור פציעות מלאות כמו transections חזויה כתוצאה מתאונות טראומטיות או התערבות כירורגית, כמו כריתות גידולים, רק מאוד אפשרויות טיפול מוגבלות זמינות היום 3,4. לאחר חיתוך רוחב מלא, מתח מכונאי של תוצאות רקמות הכחשת גדם שדרה, השארת רווח קטן בחוט השדרה. רוב האסטרטגיות להתמקד מילוי הפער הזה עם רקמות, תאים או מטריצות 5,6.
הנה, אסטרטגיה שונהמוצג, כלומר מחדש והתאמה של הגדמים מופרד באמצעות מכשיר microconnector רומן 7. כדי readapt שני גדמים, כוח מכני צריך להיות מיושם כלחץ שלילי קל לעשות זאת (איור 1). מערכת microconnector המכאנית (MMS) היא מערכת מרובה ערוצים של polymethylmethacrylate (PMMA) עם חורים בצורת חלת דבש (איור 1 א) ובתנאי עם מערכת צינורות מוצאים. הוא מושתל לתוך פער הרקמות הנובעים חיתוך רוחב חוט שדרה מלא בחולדה (התרשים 1C). צינור אחד יכול להיות מחובר משאבת ואקום כדי להפעיל לחץ שלילי על MMS (1D איור). הלחץ מושך את גדמי חוט השדרה מנותקים לתוך החורים בצורת חלת דבש של MMS, אשר יש קירות microstructured להחזיק את רקמת במקום כשהיא משוחררת מלחצים (1B איור). הצינורות יכולים להיות שלמים שמאל לאחר ניתוח מצורף minipump האוסמוטי כדילהחדיר חומרים לתוך ליבת הנגע (איור 1E-F).
מלבד חיתוך רוחב חריף של חוט שדרת סוג אחר של תוצאות נגע מלאות מפני הסרה כירורגית של גידול בעמוד שדרה או צלקת נגע כרונית מוצקה עובדת יוצרת הפערים גדולות של רקמה של כמה מילימטרים, אשר לא ניתן להתגבר על ידי MMS עד כה. רוב החולים עם טראומה בחוט השדרה סובלים מפציעות כרוניות. בחולים אלה, צלקת מפותחת תופסת את ליבת הנגע. הסרה כירורגית של צלקת הנגע היא מושג לטיפול אשר נחקר באופן שוטף אחרי ניסיוני SCI 8,9. בעוד הליך כריתה עצמו יכול להתבצע ללא גרימת נזק נוסף ניכר, הפער רקמות וכתוצאה מכך צריך להיות לגישור עם מטריצה מתאימה המאפשרת ומקדמת את התחדשות של רקמות, במקרה הספציפי של פגיעות בחוט השדרה, התחדשות של סיבי עצב לשמור ולקדם פונקציות של תנועה. זה היהנמצא כי פוליאתילן גליקול משקל מולקולרי נמוך (PEG 600) הוא חומר מאוד מתאים למטרה זו. החוסר החיסוני שלה ואת הצמיגות נמוכה מאוד לאפשר אינטגרציה חלקה לתוך הרקמה שמסביב. החדרת biopolymer לבד מקדמת את הפלישה של תאים מועילים, כוללים תאי אנדותל, תאי שוואן פריפריה, האסטרוציטים, ו – מאוד חשוב – את ההתחדשות ואת ההתארכות של אקסונים של ירידה ועליית קטעי סיבים וכן ensheathment שלהם על ידי המיאלין קומפקטי 8. תגובות התחדשות אלו נמצאו להיות מלווה שיפורים פונקציונליים לטווח ארוך. השילוב של כריתה של רקמת צלקתית וההשתלה הבאה של PEG 600 הציג אמצעי בטוח ופשוט, אך יעיל מאוד של גישור פגמי רקמת חוט שדרה משמעותי.
Protocol
Representative Results
Discussion
הנה שתי גישות כירורגיות שונות מוצגות לגשר על פערי רקמה בחוט השדרה לאחר (1) השתלת חיתוך רוחב ו- MMS מלאים אקוטיים (2) נגע חוט שדרה כרוני להסרת צלקת סיבית בתוספת השתלת מטריקס PEG. שני אסטרטגיות להוביל שימור רקמות התחדשות axonal וכן שיפור תפקודי תנועה משמעותית של בעלי חיים שטופל?…
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).
