Schwann-Zell-ausgesiedelte Leitungen für die axonale Regeneration nach Rückenmarksverletzungen
JoVE Encyclopedia of Experiments
Neurowissenschaften
0 Ansichten • 3:58 Min. • August 7th, 2025
Nehmen wir eine anästhesierte Ratte mit freiliegenden Wirbeln, bei der die Dornfortsätze und Laminae aus den Thoraxebenen T7 bis T9 herausgeschnitten wurden.
Schneiden Sie die dorsalen und ventralen Wurzeln oberhalb und unterhalb von T8 ab.
Tragen Sie Kochsalzlösung auf, um die Blutung zu stoppen, und entfernen Sie die Flüssigkeit mit einem Schwamm.
Durchschneiden Sie das Rückenmark zwischen T8 und T9, um die Nervenfasern zu durchtrennen.
Legen Sie komprimierten Schaum in den Spalt und tragen Sie Kochsalzlösung auf.
Sobald die Blutung aufhört, entfernen Sie den Schaum und entfernen Sie die Restflüssigkeit.
Schieben Sie ein vorbereitetes piezoelektrisches Polymerrohr bei geöffneten Fenstern über den rostralen Rückenmarksstumpf.
Führen Sie den Schwanzstumpf in das gegenüberliegende Ende des Rohrs ein.
Injizieren Sie Schwann-Zellen, die in einer injizierbaren Matrix suspendiert sind, durch die Leitungsfenster.
Schließen Sie die Fenster sicher.
Schwann-Zellen besiedeln den Kanal und sezernieren neurotrophe Faktoren, die das Axonwachstum unterstützen.
Die Leitung bietet eine strukturelle Führung, während ihre piezoelektrischen Eigenschaften bioelektrische Signale für das Wachstum von Neuriten erzeugen.
Nach und nach regenerieren sich Axone über die Brücke und stellen die Kontinuität zwischen den Stümpfen wieder her.
Wenn alle Laminae entfernt wurden, bestätigen Sie, dass die Lücken zwischen den Querfortsätzen sichtbar sind, insbesondere bei T8, und untersuchen Sie die Knochen auf beiden Seiten zwischen T7 und T9, um sicherzustellen, dass keine nach außen vorstehenden Knochenfragmente vorhanden sind und die dorsalen Wurzeln sichtbar werden. Schneiden Sie mit einer abgewinkelten Federschere die dorsalen und ventralen Wurzeln oberhalb und unterhalb von T8 ab. Und fügen Sie dem Rückenmark Kochsalzlösung hinzu, um die Blutung zu stoppen.
Platzieren Sie dann die abgewinkelte Federschere oberhalb des Rückenmarks in den Lücken zwischen den Querfortsätzen bei T8 und machen Sie einen Schnitt, um das Nervengewebe vollständig zu durchtrennen. Legen Sie ein kleines Stück komprimierten Schaumstoff in den entstandenen Spalt von 2 bis 2,5 Millimetern und fügen Sie sofort Kochsalzlösung hinzu.
Während Sie darauf warten, dass die durchtrennten Nabelschnurstümpfe die Blutstillung erreichen, schneiden Sie die Absorptionsdreiecke in dünne, lange Stücke und entfernen Sie einen Kanal aus dem PBS-Speicher. Platzieren Sie einige Dreiecke in der Leitung, um überschüssiges PBS zu entfernen, und vergewissern Sie sich, dass die vorgestanzten Fenster geöffnet sind.
Entfernen Sie anschließend das Medium aus einem GFP-Schwann-Zellpellet und resuspendieren Sie die Schwann-Zellen in 10 Mikrolitern kaltem DMEM/F-12. Geben Sie 10 Mikroliter kaltes injizierbares Gel in die Zellsuspension und mischen Sie es gut durch wiederholtes Pipettieren. Legen Sie dann die Zellsuspension auf Eis. Wenn die Nabelschnurstümpfe fertig sind, entfernen Sie den komprimierten Schaum und verwenden Sie dann lange Stücke der Absorptionsdreiecke, um die Kochsalzlösung und das Blut aus dem Laminektomiebereich zu entfernen.
Heben Sie dann mit einem Mikrospatel den rostralen Stumpf vorsichtig an und schieben Sie das Rohr mit den Fenstern nach oben über den Stumpf. Achten Sie darauf, dass der gesamte Stumpf eingeführt wird und dass keine übermäßigen Blutungen in den Kanal gelangen. Heben Sie den Schwanzstumpf vorsichtig an und schieben Sie das andere Ende des Rohrs darüber. Achten Sie darauf, dass der gesamte Stumpf eingesetzt wird und dass sich die Fenster auf der Rückenfläche befinden.
Verwenden Sie dann eine Mikropipette, die mit einer Western-Blot-Ladespitze ausgestattet ist, um 20 Mikroliter der GFP-Schwann-Zell-Injektionsmatrixmischung durch eines der vorgestanzten Fenster in den Kanal zu injizieren. Und schließen Sie die Fenster.
Übersicht
Diese Studie demonstriert eine chirurgische Technik zur Verletzung des Rückenmarks bei Ratten, wobei der Fokus auf der Verwendung eines piezoelektrischen Polymerkanals zur Förderung der Axonregeneration liegt. Die Methode beinhaltet die Durchtrennung des Rückenmarks und die Applikation von Schwann-Zellen, um das Wachstum von Nervenfasern zu fördern.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Neurowissenschaften
- Regenerative Medizin
- Rückenmarkverletzung
Hintergrund
- Verletzungen des Rückenmarks führen häufig zu einem dauerhaften Funktionsverlust.
- Schwann-Zellen spielen eine entscheidende Rolle bei der Regeneration von Nerven.
- Piezoelektrische Materialien können bioelektrische Signale für das Nervenwachstum bereitstellen.
- Ein wirksames Überbrücken durchtrennter Rückenmarksabschnitte ist für die Erholung unerlässlich.
Zweck der Studie
- Beurteilung der Wirksamkeit eines piezoelektrischen Polymerkanals bei der Förderung der Axonregeneration.
- Beurteilung der Rolle von Schwann-Zellen bei der Unterstützung des Nervenwachstums über eine Unterbrechung des Rückenmarks hinweg.
- Entwicklung einer zuverlässigen chirurgischen Methode zur Durchtrennung des Rückenmarks bei Ratten.
Verwendete Methoden
- Anästhetisierte Ratten erhielten eine Quertransektion der Wirbelsäule auf thorakaler Höhe T8-T9.
- Dorsale und ventrale Nervenwurzeln wurden durchtrennt, um die Platzierung eines Kanals vorzubereiten.
- Ein piezoelektrischer Polymerkanal wurde eingefügt, um die Stümpfe des Rückenmarks zu verbinden.
- Schwann-Zellen wurden in den Kanal injiziert, um die Regeneration zu fördern.
Hauptergebnisse
- Axone regenerierten erfolgreich durch den Kanal und stellten die Kontinuität wieder her.
- Schwann-Zellen besiedelten den Kanal und sekretierten neurotrope Faktoren.
- Die piezoelektrischen Eigenschaften des Kanals unterstützten das Auswachsen von Neuriten.
- Die vom Kanal bereitgestellte strukturelle Leitung erwies sich als wirksam bei der Nervenreparatur.
Schlussfolgerungen
- Die Verwendung eines piezoelektrischen Polymerkanals ist erfolgversprechend für die Reparatur des Rückenmarks.
- Schwann-Zellen sind entscheidend, um die axonale Regeneration zu fördern.
- Diese Methode könnte zu verbesserten Ergebnissen bei der Behandlung von Rückenmarksverletzungen führen.
Häufig gestellte Fragen
Ausführliche Bedeutung für die Industrie
Die Überbrückung von Läsionen nach einer Verletzung des Rückenmarks mithilfe von mit Schwann-Zellen besiedelten piezoelektrischen Kanälen begegnet einer zentralen Herausforderung in der Neuroregeneration und bietet eine Plattform zur mechanistischen Risikominderung und Zielstruktur-Validierung in der regenerativen Medizin. Der Ansatz ermöglicht eine vorhersagbare Beurteilung des axonalen Nachwachsens und unterstützt die translationale Kontinuität von der Entdeckung bis zur präklinischen Evaluierung. Dieses Modell unterstützt Portfolio-Entscheidungen für Strategien der Neuroreparatur, indem es quantitative, reproduzierbare Ergebnisse liefert, die für die frühe therapeutische Entwicklung relevant sind.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Ermöglicht die Überprüfung von Hypothesen zur Neuroregeneration in einem kontrollierten, verletzungsrelevanten System.
- Ermöglicht die mechanistische Risikominimierung, indem die Effekte von Schwann-Zellen und bioelektrischen Signalen auf das axonale Wachstum isoliert werden.
- Erleichtert die funktionelle Zielstrukturvalidierung für zellbasierte und biomaterialbasierte Interventionen.
Screening und Assay-Entwicklung
- Bietet eine standardisierte In-vivo-Plattform zur Bewertung von neurotrophen und strukturellen Unterstützungstherapien.
- Liefert quantitative Ergebnisse zur axonalen Vernetzung und Gewebestruktureinbindung.
- Ermöglicht Reproduzierbarkeit und Skalierbarkeit für die Untersuchung von Wirkstoffen oder Zelltherapien.
Translationale und präklinische Forschung
- Ermöglicht die Anwendung krankheitsrelevanter Modelle für Rückenmarksverletzungen und unterstützt so die translationale Biomarker-Entwicklung.
- Ermöglicht einen nahtlosen Übergang von der mechanistischen Entdeckung zu präklinischen Machbarkeitsstudien.
- Gibt Hinweise für die risikoadjustierte Weiterentwicklung neuroregenerativer Kandidaten.
Pipeline- und Workflow-Integration
Dieses auf Leitungen basierende Transplantationsmodell von Schwann-Zellen fügt sich in die Kontinuum von der frühen Entdeckung bis zur präklinischen Validierung von Therapeutika für die Neuroreparatur ein.
- Entdeckungsbiochemie Unterstützt die Hypothesenprüfung zur Rolle von Schwann-Zellen und bioelektrischen Gerüsten bei der axonalen Regeneration.
- Screening: Bietet einen reproduzierbaren Assay zur Bewertung regenerativer Interventionen in vivo.
- Analytik: Ermöglicht die quantitative Messung der axonalen Vernetzung und Gewebeintegration.
- Translationale Forschung Verknüpft Entdeckungsergebnisse mit präklinischen Modellen, die für Rückenmarksverletzungen relevant sind.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Bietet eine wiederverwendbare Plattform für die iterative Prüfung neuroregenerativer Strategien.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Erhöht das Vorhersagevertrauen hinsichtlich neuroregenerativer Mechanismen und Zielvalidierung.
- Operationaler Wert: Standardisiert in-vivo-Neuroreparatur-Workflows hinsichtlich Reproduzierbarkeit und Skalierbarkeit.
- Strategischer Wert: Unterstützt fundierte Go/No-Go-Entscheidungen und verringert biologische Risiken im fortgeschrittenen Stadium bei Neuroreparatur-Portfolios.
- Portfolio-Implikation: Ermöglicht eine risikoadjustierte Priorisierung von Kandidaten für regenerative Medizin.
Durchführungsüberlegungen
- Erfordert Fachkenntnisse in mikrochirurgischer Manipulation des Rückenmarks und in der in-vivo-Neurobiologie.
- Benötigt Zugang zu Einrichtungen für die Herstellung piezoelektrischer Kanäle und die Kultur von Schwann-Zellen.
- Setzt eine Standardisierung über mehrere Arbeitsgruppen hinweg für chirurgische und analytische Verfahren voraus.
- Eine Anpassung kann erforderlich sein, um unterschiedliche Verletzungsmodelle oder Zelltypen zu berücksichtigen.
- Zu den Einschränkungen gehören artspezifische Unterschiede im Modell und die Übertragbarkeit auf hochdurchsatzfähige Verfahren.
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Zuletzt aktualisiert: 29 August 2026