Eksperimentelle Strategier til Bridge Store Tissue Hull i Skadet Spinal Cord etter akutt og kronisk lesjon

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

Etter en ryggmargsskade (SCI) et arr former i lesjonen kjerne som hindrer aksonal regenerering. Bridging stedet av skader etter en fornærmelse mot ryggmargen, tumor resections, eller mangler vev som følge av traumatiske ulykker kan hjelpe med å tilrettelegge generelt vev reparasjon samt regenerativ vekst av nervefibre i og utenfor det berørte området. To eksperimentelle behandlingsstrategier presenteres: (1) implantering av en roman microconnector enheten til en akutt og helt transected thorax rotte ryggmargen til readapt kuttet ryggmargen vev stubber, og (2) polyetylenglykol fylling av SCI nettstedet i kronisk skadede rotter etter arr reseksjon. Den kroniske ryggmarg lesjon i denne modellen er en komplett ryggmarg transeksjon som ble påført 5 uker før behandling. Begge metodene har nylig oppnådd svært lovende resultater og fremmet aksonal gjenvekst, gunstig cellular invasjon og funksjonelle forbedringeri gnagermodeller av ryggmargsskade.

Den mekaniske microconnector system (MMS) er et flerkanalsystem bestående av polymethylmethacrylate (PMMA) med en stikkontakt rør system for å bruke undertrykk til MMS-lumen dermed trekke ryggmargs stubber i honeycomb-strukturert hull. Etter implantasjon i vevet spalten 1 mm vevet suges inn i anordningen. Videre er de indre veggene MMS microstructured for bedre vev vedheft.

I tilfellet med kronisk ryggmargsskade tilnærming, ryggmargsvevet – inklusive arret fylte lesjonsområdet – er resected over et område på 4 mm i lengde. Etter at mikro arret reseksjon det resulterende hulrom er fylt med polyetylenglykol (PEG 600) som ble funnet å gi en utmerket underlag for cellulær invasjon, revaskularisering, aksonal regenerering og til og med kompakt remyelinering in vivo.

Introduction

En traumatisk skade på ryggmargen ikke bare fører til tap av aksoner men det ytterligere resultater i vev mangler som hindrer eventuelle regenerativ respons (for oversikt se ^1,2). Ryggmargsvevet er ofte tapt gjennom sekundær degenerasjon som fører til cyste dannelse eller hull i og rundt lesjonsområdet. De fleste eksperimentelle terapeutiske intervensjoner fokus på ufullstendige ryggmargsskader som delvis tran, knuse eller kontusjon skader med en gjenværende kant av friskt vev. For fullstendige skader som totalt transections som følge av traumatiske ulykker eller kirurgiske inngrep, som kreft resections, bare svært begrenset behandlingstilbud er tilgjengelig i dag ^3,4. Etter fullstendig tran, mekaniker spenningen i vev resulterer i rygg stubbe tilbaketrekking, og etterlater en liten åpning i ryggmargen. De fleste strategier fokus på å fylle dette gapet med vev, celler eller matriser ^5,6.

Her en annen strategier presentert, nemlig re-tilpasning av de separerte stubber ved hjelp av en ny microconnector anordning ^7. For å readapt de to stubber, har mekanisk styrke til å bli brukt som et svakt undertrykk for å oppnå dette (figur 1). Den mekaniske microconnector system (MMS) er et flerkanals system av polymetylmetakrylat (PMMA) med honeycomb-formet hull (figur 1A) og forsynt med et utløp rørsystem. Det er implantert inn i gapet vev som resulterer fra fullstendig ryggmarg transeksjon i rotter (figur 1C). En tube kan kobles til en vakuumpumpe for å søke negativt press på MMS (figur 1D). Trykket trekker løsrevne ryggmargs stubber i honeycomb-formet hull på MMS, som har mikrostrukturerte vegger for å holde vevet på plass når trykket er sluppet (figur 1B). Slangen kan være intakt etter operasjonen og festet til en osmotisk minipumpe i rekkefølgeå tilføre stoffer inn i lesjonen kjernen (figur 1E-F).

Foruten en akutt tran av ryggmargen annen type komplette lesjon resultater fra kirurgisk fjerning av en spinal tumor eller en solid kronisk lesjon arr som fører til store vev hull på flere millimeter, som ikke kan overvinnes av MMS så langt. Flertallet av pasienter med ryggmargs traumer lider av kroniske skader. Hos disse pasientene har en fullt utviklet arr lesjonen kjernen. Kirurgisk fjerning av lesjon arret er et konsept for behandling som nå etterforskes etter eksperimentell SCI ^8,9. Mens reseksjon prosedyren i seg selv kan utføres uten å forårsake betydelig ytterligere skade, må den resulterende vev gapet for å tettes med en passende matriks som tillater og fremmer regenerering av vev og, i det spesifikke tilfelle av ryggmargsskade, regenerering av nervefibre for å opprettholde og fremme lokomotoriske funksjoner. Det varfunnet at lav-molekylvekt polyetylenglykol (PEG 600) er et meget egnet materiale for dette formålet. Dens mangel på immunogenisitet og svært lav viskositet tillater smidig integrasjon i det omkringliggende vev. Innsetting av biopolymer alene fremmer invasjon av fordelaktige celler, inkludert endotelceller, perifere Schwannske celler, og astrocytter, og – meget viktigere – regenerering og forlengelse av aksoner av synkende og stigende fiberkanalen, så vel som deres ensheathment av kompakte myelin ^8. Disse regenerativ respons ble funnet å være ledsaget av langvarige funksjonelle forbedringer. Kombinasjonen av reseksjon av arrvev og påfølgende implantering av PEG 600 presenterer en trygg og enkel, men svært effektiv måte å bygge bro betydelige ryggmargs vev defekter.

Protocol

Institusjonelle retningslinjer for dyr sikkerhet og komfort ble overholdt, og alle kirurgiske inngrep og pre- og postoperativ dyr omsorg ble utarbeidet i samsvar med den tyske dyrevern lov (State Office, miljø og Consumer Protection of North Rhine- Westfalen, LANUV NRW ). 1. Komplett tran av Thoracic Spinal Cord av Wistar rotter (220-250 g) Utarbeidelse av ryggmargen Bruk isofluran anestesi inhalasjon (2 – 3% av isofluran i O 2 / NO-2 i et forhold på 1…

Representative Results

Tissue Preservation, aksonal Gjengroing og Funksjonell Fordel av MMS Implantasjon etter Akutt Komplett tran av ryggmargen Det er vist at den akutte implantasjon av MMS stabilisert helt transected ryggmargs stubber og redusert svinn av vev (Figur 2A versus B). Som visualisert ved Trichrome flekker i sagittal seksjoner, den grønne bindevev farging av fibrotisk arr i lesjonen kjernen er mye tettere og mer fremtredende i kon…

Discussion

Her to ulike kirurgiske tilnærminger presenteres for å bygge bro vev hull i ryggmargen etter (1) akutt komplett tran og MMS implantasjon og (2) kronisk ryggmargen lesjon og fibrøs arr fjerning pluss PEG matrise implantasjon. Begge strategier føre til vev bevaring og aksonal regenerering, så vel som til betydelige lokomotorisk funksjonell forbedring av de behandlede dyrene. For MMS implantasjon en tilstrekkelig feste på MMS i ryggmargen av firmaet dura sutur etter operasjonen er en viktig teknisk skritt.

<p cla…

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