严重的脊髓损伤常导致组织缺损。本文描述了两种成功桥接此类缺损的方法，可通过在急性损伤后以及完全脊髓横断五周后植入机械微连接系统，促进大鼠的组织适应、再生反应及功能改善。
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本文内容
摘要
摘要
脊髓损伤（SCI）后，损伤核心区域会形成瘢痕，阻碍轴突再生。在脊髓受到损伤、肿瘤切除或因创伤性事故导致组织缺损后，对损伤部位进行桥接有助于促进整体组织修复以及神经纤维的再生性生长 进入 和 超越 受损区域。本文介绍了两种实验性治疗策略：（1）将一种新型微型连接装置植入急性完全横断的胸段大鼠脊髓，以重新连接断开的脊髓组织残端；（2）在慢性损伤大鼠模型中，切除瘢痕后以聚乙二醇填充脊髓损伤部位。该模型中的慢性脊髓损伤为完全性脊髓横断，损伤于治疗前5周造成。这两种方法近期均取得了令人鼓舞的成果，在脊髓损伤的啮齿类动物模型中促进了轴突再生、有益的细胞浸润以及功能改善。
机械微连接器系统（mMS）是一种由聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）构成的多通道系统，配备出口管路系统，可对mMS管腔施加负压，从而将脊髓残端吸入蜂窝结构的孔洞中。将其植入1 mm的组织缺损间隙后，组织即被吸入装置内部。此外，mMS的内壁具有微结构，以增强组织黏附性。
在慢性脊髓损伤模型中，需切除长度为4 mm的脊髓组织，包括充满瘢痕的病灶区域。显微外科瘢痕切除后，所形成的空腔填充聚乙二醇（PEG 600），该物质被发现可为细胞侵入、血管再生、轴突再生甚至紧密再髓鞘化提供优良的基质，且已在体内得到验证 in vivo。
引言
脊髓的创伤性损伤不仅导致轴突丧失，还会进一步造成组织缺损，从而阻碍任何再生反应（综述见1,2）。继发性退变常引起脊髓组织丢失，导致损伤区域及其周围形成囊腔或空洞。目前大多数实验性治疗干预主要针对不完全性脊髓损伤，例如部分横断、挤压或挫伤，这类损伤仍保留有一圈健康组织。而对于由创伤事故或手术干预（如肿瘤切除术）引起的完全性横断损伤，目前可用的治疗手段极为有限3,4。完全横断后，组织的机械张力会导致脊髓残端回缩，在脊髓中留下一个小的间隙。大多数策略集中于利用组织、细胞或基质来填充这一间隙5,6。
本文提出了一种不同的策略，即使用一种新型的微连接装置7对分离的脊髓残端进行重新对接。为了实现两个残端的再对接，需施加机械力，即施加轻微的负压来完成这一过程（图1）。该机械微连接系统（mMS）是一种由聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）制成的多通道系统，具有蜂窝状孔洞（图1A），并配有出口导管系统。该装置被植入因完全横断脊髓而在大鼠体内形成的组织间隙中（图1C）。其中一根导管可连接至真空泵，以对mMS施加负压（图1D）。负压将断开的脊髓残端拉入mMS的蜂窝状孔洞中，这些孔洞的壁面具有微结构，可在压力释放后固定组织位置（图1B）。手术后导管可保持....
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方案
遵守了有关动物安全与福利的机构指南，所有外科手术干预以及术前和术后动物护理均符合德国动物保护法（北莱茵-威斯特法伦州环境与消费者保护局，LANUV NRW）的规定。
1. 雌性Wistar大鼠（220 - 250 g）胸段脊髓完全横断术
- 脊髓的制备
- 使用异氟烷吸入麻醉（2 - 3% 异氟烷置于 O₂ 中）2/NO2 以1:2的比例混合，并通过皮下注射（s.c.）给予卡洛芬（Carprofen）5 mg/kg的推注剂量。建议联合使用卡洛芬与阿片类药物布托啡诺（buprenorphine，0.02 mg/kg，皮下注射）。当轻触棉签时眼睑反射消失，且用镊子夹捏刺激时足爪回缩反射不再出现时，开始手术。
- 将动物置于37 °C的加热垫上以维持术中体温，并在眼睛上涂抹眼膏以防止麻醉期间角膜干燥。
- 剃除动物背部毛发，并使用皮肤消毒剂处理皮肤。
- 沿胸椎中线用手术刀切开皮肤4厘米，并将其撑开。从此步骤开始，所有操作均需使用灭菌的手术器械（经高压灭菌或浸泡消毒）。
- 使用小型肌肉钳牵开胸椎上方的肌肉。
- 使用骨钳在胸椎第8（Th8）和第9（Th9）水平小心地逐段剪除棘突，直至椎体骨表面平整。
- 使用解剖镊在第7胸椎棘突处提起椎骨，用咬骨钳从尾侧向头侧逐步剪除小块椎骨，直至完成第8和第9胸椎....
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结果
脊髓完全横断急性期植入微通道支架后的组织保存、轴突再生及功能改善
结果表明，在急性期植入微通道支架（mMS）可稳定完全横断的脊髓残端，并减少组织萎缩（图2A 对比 B）。通过矢状切面的三色染色显示，对照组损伤动物病灶核心区域纤维瘢痕的绿色结缔组织染色明显更致密、更显著（图2D），而mMS植入动物中则较弱（图2C）。有趣的是，在长期存活情况下，通过ED-1免疫组织化学染色观察病灶部位的巨噬细胞聚集情况，mMS植入组与对照损伤组之间未见明显差异（未展示）。
植入后立即观察到mMS管腔内缺乏组织，但在数天后逐渐被细胞和组织填充。术后5周可在mMS管腔内检测到大量轴突长入。图3A）。此外，mMS管腔已实现血管化（图3B.......
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讨论
本文介绍了两种不同的外科手术方法，用于在以下情况下桥接脊髓组织缺损：（1）急性完全性横断损伤后植入mMS；（2）慢性脊髓损伤并切除纤维瘢痕后植入PEG基质。这两种策略均可实现组织保存和轴突再生，并显著改善治疗动物的运动功能。在mMS植入过程中，术后通过牢固缝合硬脊膜将mMS稳定固定于脊髓内，是关键的技术步骤。
mMS 由于其内置的微通道系统，具有进一步的治疗潜力，该系统可通过微通道将具有治疗活性的液体局部灌注至病灶核心。 例如，一个植入式渗透压微型泵7对于其预期的未来临床应用，mMS材料应具备生物可吸收性。目前，正在测试由基于乳酸的材料构成的连接系统的制备。此外，将建立在mMS上涂覆电子导电材料的技术，以对损伤的脊髓施加治疗性电场。
对于慢性脊髓损伤，由于在手术切除瘢痕后，若需跨越数毫米的缺损，分离的脊髓残端所承受的物理张力过高，因此采用了另一种策略。令人意外的是，低分子量的聚乙二醇600（PEG 600）被证明是一种非常适合用于填充该缺损的生物聚合物。它能够形成稳定的组织桥，促进血管生.......
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
德国法定意外保险（DGUV），海因里希-海涅大学医学院研究委员会
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| PEG 600 Ph Eur | Merck/VWR | 8,170,041,000 | |
| 明胶海绵（Gelastypt） | 赛诺菲（sanofi Aventis） | PZN-8789582 | |
| Nescofilm 止血密封剂 | Roth | 2569.1 | |
| 拜耳动保（Baytril） | 拜耳（Bayer） | ||
| 瑞迪非（Rimadyl，卡洛芬） | 辉瑞（Pfizer） | ||
| 福尔宁（Forene，异氟烷） | 艾伯维（Abbvie） | ||
| 科丹（Kodan，皮肤消毒剂） | |||
| 组织胶（Histoacryl） | |||
| 弗里德曼-皮尔森咬骨钳，1 mm 杯状，直型 | 精细科学器械工具公司（Fine Science Tools） | 16020-14 | |
| 两用微型刮匙 - 12 cm | 精细科学器械工具公司（Fine Science Tools） | 10091-12 | |
| 杜蒙特 #7 镊子 - 医用不锈钢 | 精细科学器械工具公司（Fine Science Tools） | 11273-20 | |
| 杜蒙特 #5/45 镊子 - 医用不锈钢 | 精细科学器械工具公司（Fine Science Tools） | 11253-25 | |
| 脊髓钩 | 精细科学器械工具公司（Fine Science Tools） | 10162-12 | |
| 剪刀 | 精细科学器械工具公司（Fine Science Tools） | 14078-10 | |
| 钳子 | 爱惜康（Aesculap） | EA016R | |
| 强生爱惜康 Vicryl 4-0 | |||
| 贝潘尼（Bepanthen 眼鼻软膏） | 拜耳（Bayer） | ||
| 解剖镊 | 精细科学器械工具公司（Fine Science Tools） | 11000-13 | |
| 自持式牵开器 | 精细科学器械工具公司（Fine Science Tools） | 17008-07 | |
| 皮肤夹 | 精细科学器械工具公司（Fine Science Tools） | 13008-12 | |
| Aluspray | Selectavet |
参考文献
- 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.
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