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Neuroscience

Stratégies expérimentales pour combler les lacunes de tissus grandes dans la moelle épinière lésée après aiguë et chronique Lésion

Published: April 5, 2016 doi: 10.3791/53331
* These authors contributed equally

Abstract

Après une lésion de la moelle épinière (SCI) se forme une cicatrice dans le noyau de la lésion qui empêche la régénération axonale. Combler le site de la lésion après une insulte à la moelle épinière, les résections tumorales, ou des défauts tissulaires résultant d'accidents traumatiques peuvent aider à faciliter la réparation des tissus en général, ainsi que la croissance de régénération des fibres nerveuses dans et au - delà de la zone touchée. Deux stratégies de traitement expérimentaux sont présentés: (1) l'implantation d'un nouveau dispositif de microconnecteur dans un rat thoracique de la moelle épinière aiguë et complètement sectionnée à READAPT sectionnée souches de tissus de la moelle épinière, et (2) le remplissage polyéthylène glycol du site SCI chez les rats chroniquement lésés après résection cicatrice. La lésion de la moelle épinière chronique dans ce modèle est une transection de la moelle épinière complète qui a été infligée à 5 semaines avant le traitement. Les deux méthodes ont récemment obtenu des résultats très prometteurs et repousse axonale promu, l'invasion cellulaire bénéfique et des améliorations fonctionnellesdans des modèles de rongeurs de la lésion de la moelle épinière.

Le système de microconnecteur mécanique (SMM) est un système multi-canaux, composé de polyméthylméthacrylate (PMMA) avec un système de tubulure de sortie pour appliquer une pression négative au SMM lumière tirant ainsi les souches de la moelle épinière dans les trous en nid d'abeilles structuré. Après son implantation dans l'espace tissulaire de 1 mm, le tissu est aspiré dans l'appareil. En outre, les parois intérieures des SMM sont microstructurée pour une meilleure adhérence des tissus.

Dans le cas de l'approche chronique de lésion de la moelle épinière, les tissus de la moelle épinière - y compris la zone de la lésion cicatrice remplie - est réséqué sur une superficie de 4 mm de longueur. Après la résection cicatrice microchirurgical la cavité résultante est remplie avec du polyéthylène glycol (PEG 600) qui a été trouvée pour fournir un excellent substrat pour l' invasion cellulaire, la revascularisation, la régénération axonale et même remyélinisation compact in vivo.

Introduction

Une lésion traumatique de la moelle épinière entraîne non seulement la perte des axones mais il d' autres résultats dans les défauts des tissus qui entravent les réponses régénératrices (pour revue , voir 1,2). le tissu de la moelle épinière est souvent perdue par la dégénérescence secondaire conduisant à la formation ou des trous kyste dans et autour de la zone de la lésion. La plupart des interventions thérapeutiques expérimentales portent sur les dommages de la moelle épinière incomplètes comme transection, écrasement ou contusion blessures partielles avec un rebord restant de tissu sain. Pour les blessures complètes comme transections totales résultant d'accidents traumatiques ou des interventions chirurgicales, comme les résections tumorales, seules les options de traitement très limitées sont disponibles aujourd'hui 3,4. Après transection complète, la tension mécanique des résultats de tissus dans la colonne vertébrale moignon retrait, laissant un petit espace dans la moelle épinière. La plupart des stratégies se concentrent sur ​​combler cette lacune avec des tissus, des cellules ou des matrices 5,6.

Ici, une autre stratégieest présenté, à savoir re-adaptation des souches séparés en utilisant un nouveau dispositif de microconnecteur 7. Afin de réadapter les deux souches, la force mécanique doit être appliquée comme une légère pression négative pour accomplir cette (Figure 1). Le système de microconnecteur mécanique (SMM) est un système à canaux multiples de polyméthacrylate de méthyle (PMMA) avec des trous en forme de nid d' abeilles (figure 1A) et muni d'un système de tuyaux de sortie. Il est implanté dans l'espace tissulaire résultant de la transsection complète de la moelle épinière chez le rat (figure 1C). Un tube peut être raccordé à une pompe à vide pour appliquer une pression négative au SMM (figure 1D). La pression tire les souches de la moelle épinière débranchés dans les trous en forme de nid d' abeille des mMS, qui ont des parois microstructurées pour maintenir le tissu en place lorsque la pression est relâchée (figure 1B). Le tube peut être laissée intacte après la chirurgie et attaché à une minipompe osmotique afinà injecter des substances dans le noyau de lésion (figure 1E-F).

Outre une transection aiguë de la moelle épinière un autre type de résultats complets des lésions de l'ablation chirurgicale d'une tumeur spinale ou une cicatrice d'une lésion chronique solide conduisant à des écarts importants de tissus de plusieurs millimètres, qui ne peuvent être surmontés par les mMS jusqu'à présent. La majorité des patients atteints de traumatisme de la moelle épinière souffrent de blessures chroniques. Chez ces patients, une cicatrice complètement développée occupe le noyau de la lésion. L'ablation chirurgicale de la cicatrice de la lésion est un concept pour le traitement qui est actuellement étudiée après expérimentale SCI 8,9. Alors que la procédure de résection proprement dite peut être réalisée sans causer de dommages supplémentaires considérables, l'écart de tissu résultant doit être comblé avec une matrice appropriée qui permet et favorise la régénération des tissus et, dans le cas spécifique des lésions de la moelle épinière, la régénération des fibres nerveuses pour maintenir et promouvoir des fonctions locomotrices. c'étaita constaté que de bas poids moléculaire du polyéthylène glycol (PEG 600) est un matériau très approprié à cette fin. Son manque d'immunogénicité et de la très faible viscosité permet une intégration harmonieuse dans le tissu environnant. Insertion du biopolymère seul favorise l'invasion des cellules bénéfiques, y compris les cellules endothéliales, les cellules de Schwann périphériques, et les astrocytes, et - très important - la régénération et l' allongement des axones descendant et ascendant des faisceaux de fibres, ainsi que leur ensheathment par myéline compacte 8. Ces réponses régénératrices ont été trouvés à être accompagné par de longue durée des améliorations fonctionnelles. La combinaison de la résection du tissu cicatriciel et l'implantation ultérieure de PEG 600 présente un moyen sûr et simple, mais très efficace de combler les défauts des tissus de la moelle épinière substantielles.

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Protocol

Les directives institutionnelles pour la sécurité des animaux et le confort ont été respectées, et toutes les interventions chirurgicales et les soins des animaux pré et post-chirurgicale ont été fournis dans le respect de la loi allemande sur la protection des animaux (Office d'État, de l'environnement et de la protection des consommateurs de Rhénanie du Nord-Westphalie, LANUV NRW ).

1. Transection complète de la moelle épinière thoracique de rats Wistar (220-250 g)

  1. Préparation de la moelle épinière
    1. Utiliser une anesthésie par inhalation d' isoflurane (2-3% d'isoflurane dans de l' O 2 / NO 2 dans un rapport de 1: 2) et injection d' un bol de carprofène (sous - cutanée [ms] 5 mg / kg). La combinaison de carprofen et la buprénorphine aux opiacés (0,02 mg / kg, sc) est recommandée. Lancer la chirurgie lorsque la paupière réflexe au toucher léger avec un coton tige et patte réflexe de retrait de pincement stimulus avec des pinces ne sont plus respectées.
    2. Placer l'animal sur une couverture chauffante à 37 ° C pour maintenir le corps tempérare pendant la chirurgie et la pommade oculaire mis sur les yeux pour éviter la sécheresse sous anesthésie.
    3. Rasez le dos de l'animal et de préparer la peau avec un désinfectant de la peau.
    4. Couper la peau au niveau de la ligne médiane le long des vertèbres thoraciques pour 4 cm avec une lame chirurgicale et l'ouvrir. A partir de cette étape, utilisez des instruments chirurgicaux stérilisés pour toutes les procédures (autoclavé ou stérilisé par immersion).
    5. Rentrez les muscles au-dessus des vertèbres thoraciques en utilisant une petite pince muscles.
    6. Retirez les apophyses épineuses au niveau thoracique 8 (Th8) et Th9 avec une gouge osseuse par clipsage prudemment petits morceaux d'os jusqu'à ce que les os vertébraux sont à plat.
    7. Utilisez une pince anatomique pour soulever la colonne vertébrale au processus épineux Th7 et utiliser une gouge pour couper des petits morceaux de l'os vertébral de caudale à rostre jusqu'à ce qu'une laminectomie est effectuée à Th8 et Th9. Exposer la dure-mère sans l'endommager en retirant soigneusement seulement quelques très petits morceaux d'os vertébral à la fois.
    8. Fixer le squelette par 2 pinces de stabilisation au processus épineux Th7 et Th10, soulever l'animal pour découpler les mouvements respiratoires des vertèbres.
  2. Remplissez Spinal Cord Transection au Thoracic Niveau 8/9
    1. Soulevez la dure-mère avec une pince fine, couper la dure-mère avec des ciseaux oculaires fines dans le sens transversal.
    2. Maintenez l'extrémité latérale de coupe de la dure-mère avec une pince fine et insérez un crochet spinal dans l'espace subarachnoidic entre la dure-mère et arachnoïde. Evitez d'abîmer les meninges en ne piquant dans le pia ou la dure-mère soit avec une pince ou crochet de la moelle épinière.
    3. Tourner lentement le crochet pour placer tout le long de la moelle épinière, en prenant soin de ne pas piquer dans la dure-mère (pia est encore intact).
    4. Soulevez la moelle épinière pendant environ 1 - 2 mm vers le haut, jusqu'à ce qu'un écart est vu à la face ventrale entre le tissu de la moelle épinière et la dure.
    5. Insérez des ciseaux fins de l'oeil dans l'espace between-mère et pia et couper la moelle épinière tandis que le crochet vertébral est laissé en place.
    6. Soulevez les deux souches de la moelle épinière avec deux pinces et d'assurer visuellement transection complète.
    7. Pour les animaux de contrôle-lésés et les animaux avec une blessure chronique, fermer la dure par des sutures interrompues avec monofilament non adsorbables 9.0 threads.
    8. Pour les lésions chroniques suivre une partie 1.6.
  3. mMS Implantation
    1. MMS placer au-dessus du site de la lésion avec les deux tubes se trouvant sur chaque côté latéral de la vertèbre et l'abaisser dans la cavité de lésion.
    2. tubes de suture aux muscles du côté de la vertèbre avec non résorbable 4-0 fil pour assurer la stabilisation des mMS. Veiller à une fixation des mMS en utilisant une pince lors de cette étape.
    3. Retirer la broche du connecteur mMS en coupant avec une paire de ciseaux fins.
    4. Fermez la dure au-dessus des mms et suturer avec 9.0 threads.
    5. Attacher un tube à la pompe à vide et scellerl'autre par serrage.
    6. Appliquer une pression négative douce aux mMS par une pompe à vide par l'intermédiaire du tube ouvert, suçant les souches de la moelle épinière dans la lumière mms. Appliquer la pression négative pendant plusieurs minutes (au maximum pour 10 min) et surveiller par des capteurs (250-350 mbar).
    7. Couper les tubes à proximité des mMS et retirer les tubes. Passez à l'étape 1.6.
  4. Résection de la moelle épinière des tissus y compris la Scar Lésion chronique à la semaine 5 après une blessure initiale
    1. Suivez les étapes 1.1.1 - 1.1.5.
    2. Identifier tissu cicatriciel par aspect brun-jaune et tissu rigide sur le dessus de la moelle épinière. Retirez délicatement les couches superficielles de tissu cicatriciel en maintenant avec une pince fine et la coupe avec des ciseaux fins. Avec cette méthode, ré-ouvrir le site de laminectomie pour exposer le tissu contenant le cordon zone de lésion médullaire. Arrêtez la préparation lorsque la suture de la dure est identifié visuellement.
    3. Fixer le squelette par 2 pinces de stabilisation à rotationprocessus UO TH7 et TH10, puis élever l'animal pour découpler les mouvements respiratoires des vertèbres.
    4. Avec une petite règle en carton mesurer la surface de la moelle épinière qui doit être réséquée (longueur: 4 mm) et marquer les bords de cette zone de tissu respective avec des incisions transversales pour permettre l'élimination ultérieure du tissu.
    5. Retirer le tissu cicatriciel via une combinaison de coupe et d' aspiration. Faire sortir le tissu qui a été séparé de la moelle épinière, avec des incisions transversales. Utiliser une aspiration douce à chaque fois qu'il est suffisant pour permettre l'enlèvement du tissu. En outre, chaque fois que la texture rigide du tissu cicatriciel rend l'aspiration des tissus trop difficile, utilisez des ciseaux fins pour couper et enlever ce tissu.
    6. Insérez une pièce (environ 5 mm x 5 mm x 5 mm cube) de hémostatique éponge de gélatine dans la fente de tissu jusqu'à ce que les subventions de saignement. L'éponge de gélatine va diminuer en taille dès qu'il est imbibé de liquide.
  5. Implantation de PEG 600
    1. Préparer 1 ml de pur non dilué PEG 600 pour l'injection par chauffage à 37 ° C.
    2. Retirer une éponge de gélatine.
    3. Introduire une quantité suffisante (environ 5 - 7 pi) de PEG dans l'espace en utilisant une seringue de 10 ul ou une pipette 10 ul.
    4. couvrir soigneusement la zone avec un morceau (environ 5 mm x 4 mm) de remplacement scellant / dure.
    5. Fixer le produit d'étanchéité entourant le tissu musculaire avec quelques gouttes de colle tissulaire. Placez le mastic sur le dessus de la fente de résection PEG-remplie. Pour empêcher un glissement du matériau d'étanchéité, en utilisant de petites gouttes de colle tissulaire pour fixer les coins du produit d'étanchéité pour le tissu musculaire environnant. Note: Eviter les fuites de la colle de tissu sur le tissu de la moelle épinière!
  6. Clôture de tissus et Soins postopératoires
    1. muscles de suture et de la couche de la peau pour la couche avec des sutures interrompues avec tressées adsorbables 4-0 fils
    2. Injecter 2 x 2,5 ml de chlorure de sodium (NaCl[0,9%]) à 36 ° C sc pour la réhydratation après la chirurgie. Une seule injection de 5 ml de NaCl serait étirer la peau de l'animal et peut causer des dommages inutiles à l'animal. Ne pas laisser sans surveillance animal jusqu'à la pleine conscience est rétablie.
    3. Injecter carprofène par jour (sc 5 mg / kg) pendant au moins 2 jours après la chirurgie. Maison animal unique cage pendant les 2 premiers jours, ensuite dans des groupes de 2 - 3.
    4. Appliquer un traitement antibiotique (administration orale quotidienne de enrofloxacine) pour la première semaine post-opératoire.
    5. Faites la vessie manuelle miction à deux à trois fois par jour en caressant doucement sur le ventre de l'animal rostrale à caudale. Veillez à ne pas déplacer la colonne vertébrale de l'animal et ne pas soulever l'animal à la queue. annuler manuellement la vessie de l'animal complètement spinalisés par jour pendant toute la durée de survie. Il faut prendre soin de placer des boulettes de nourriture et des bouteilles d'eau dans une hauteur qui peut être atteinte par les animaux sansdebout sur leurs pattes arrière. Bien être altérée en fonction de quart arrière, les animaux se déplacent et d'explorer les cages activement immédiatement après la chirurgie. Il est recommandé de garder les rats dans les groupes sociables.
    6. Pour les lésions chroniques laisser un temps de survie des animaux de cinq semaines avant la cicatrice résection. Suivez les étapes 1.4.

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Representative Results

Préservation de tissus, axonale Regrowth et de prestations fonctionnelle de mMS Implantation après aiguë Transection complète de la moelle épinière
Il est démontré que l'implantation aiguë des mMS stabilisé les souches de la moelle épinière complètement sectionnés et une diminution de retrait du tissu (figure 2A par rapport B). Comme visualisé par coloration au trichrome dans les sections sagittales, le vert coloration du tissu conjonctif de la cicatrice fibrotique dans le noyau de la lésion est beaucoup plus dense et plus proéminente chez les animaux témoins à lésion (figure 2D) que dans SMM implantés les animaux (figure 2C). Fait intéressant, il n'y avait aucune différence observée dans le temps de survie à long de l'accumulation de macrophages dans le site de la lésion que visualisées par coloration immunohistochimique contre ED-1 dans mMS implantées par rapport à des animaux témoins lésés (non représentés).

(figure 3A). En outre, les mMS lumière a été vascularisée (figure 3B) et des structures axonales ont été trouvés à proximité des vaisseaux sanguins (non représentés). Évaluation du champ ouvert Basso-Beattie-Bresnahan locomotrice note (BBB), a révélé une amélioration significative fonctionnelle des animaux mMS implantés (ligne noire sur la figure 3C) par rapport à des animaux témoins-lésés (ligne grise dans la figure 3C) à 2 et 4 semaines post-opératoire.

Cellule Invasion, revascularisation, axonale Régénération et amélioration fonctionnelle dans la moelle épinière blessée Rats chroniques après Scar Résection et PEG Implantation
En mode blessure chroniquels de thoracique transection de la moelle épinière à la fois partielle et complète l'ablation chirurgicale de la cicatrice d'une lésion à la semaine de cinq après la blessure initiale ne causent aucun dommage supplémentaire détectable ou une gêne pour les animaux. La résection cicatriciel et l' insertion ultérieure de PEG 600 conduit à la régénération du tissu , qui est détectable dans la matrice (figure 4). En outre, le dépôt d'enveloppes de collagène extracellulaire - ce qui est typique de la structure maillée de la membrane basale des tissus cicatriciels - n'a pas été aussi importante après le PEG-traitement (figure 4C) par rapport aux témoins de la lésion seule (figure 4B). Par contraste avec la cicatrice chronique des contrôles de lésion seule (non représenté), le site de résection matrice remplie a été envahie par des cellules favorisant la croissance des axones après la résection. Déjà dès une semaine après résection et types de cellules bénéfiques de traitement plusieurs dans la région de la matrice ont pu être identifiés comme les cellules endothéliales (qui se sont révélés être présents dans la régénération du sang vessels [Figure 4D]), les astrocytes (Figure 4F) et les cellules de Schwann périphériques (Figure 4G). Cinq semaines après la résection de la zone PEG-traité est rempli avec de nombreux profils axonales (Figure 4E).

La matrice PEG promu la croissance régénérative substantielle de nombreux axones (figure 4D, E, G). Avec le suivi des études et la coloration immunohistochimique, divers ascendants et descendants des populations axonales pourraient être identifiés qui régénérés , non seulement dans , mais aussi au - delà de la zone PEG-remplie 8. Transmission EM analyses de la zone traitée des animaux avec une période de survie à long (8 mois) non seulement confirmé la présence de cellules de Schwann , mais en outre révélé myélinisation compact des axones régénérés à l' intérieur du PEG-matrice 8. profils d'axones régénérés ont souvent été associées à des zones de l'angiogenèse(Figure 4D). Colorations immunohistochimiques ont démontré que les profils d'axones qui se trouvaient dans la zone de résection traitée ont été étroitement associés à des cellules de Schwann et semblaient être myélinisées par ces cellules déjà à des points de temps précoces après la résection et l' implantation 8.

A long terme (huit mois) d'étude comportementale a révélé locomotrices de longue durée des améliorations fonctionnelles importantes après cicatrice chronique résection et PEG-traitement (Figure 5).

Figure 1
Figure 1. mMS Conception et Principe de fonctionnement (A) image photographique des mMS, (B) microstructures de surface adhésive de mms parois latérales, barre d'échelle:. 50 pm, (CF) Dessin schématique: (C) implantation des mMS dans la lésion de la moelle épinière, (D) application de vide pour aspirer le tissu dans la structure en nid d'abeille (flèche rouge: pression négative), (E) la force adhésive maintient les souches de la moelle épinière à proximité à une distance de seulement plusieurs micromètres, (F) la distribution de substances pharmacologiques dans la lumière par l' intermédiaire de 4 micro-canaux internes (flèches noires indiquent les micro-canaux 1 - 4). Infusion est représenté par la flèche bleue à l'orifice d'entrée. Dans D - E seulement la moitié des mMS est affiché. Reproduit de Brazda et al, 2013 7 avec la permission de Elsevier. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 2
Figure 2. Conservation des tissus Spinal après mMS Implantation. des tissus de la moelle épinière à 6, resp. 7 mois après transection totale avec (A) et sans implant mMS (B). La flèche dans (B) indique la région de la moelle épinière correspondant au site d'implantation du SMM (flèche) dans (A). Notez le rétrécissement du tissu de la moelle épinière chez l'animal non traité (B) , par opposition à la structure bien conservée (A). Coloration au trichrome de sections sagittales de la moelle épinière après l' implantation mMS (C) par rapport aux animaux témoins sans implant (D). Vert: le tissu conjonctif, rouge: cytoplasme, noir: noyau.Procédé centre de la lésion est rempli de tissu cicatriciel (vert) chez les animaux témoins-lésés (D, flèche noire représente la lésion épicentre), alors que seulement cicatrices marginal est évident autour des mMS en traités les animaux après 14 jours (C). Notez que le mMS est composé de structures en nid d'abeillequi sont lavés pendant le traitement des tissus se couper en 20 tranches um. Barre d'échelle pour (A, B) dans (A), pour (C, D) dans (D): 1 mm. Modifié à partir de Brazda et al, 2013 7 avec la permission de Elsevier. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 3
Figure 3. axonale Régénération, revascularisation et Open Field locomotrice Score après mMS Implantation. (A) coloration immunohistologique de neurofilament phosphorylée avec un marqueur pan-axonal (PAM) dans une section de la moelle épinière sagittal à 5 semaines après complète transection de la moelle épinière et mMS implantation. Mms lumen est indiqué par un astérisque. Les parois (W) des mMS sont marquées par pointilléslignes. Notez les nombreux axones colorés dans les mms lumen précédemment tissus dépourvus. Barre d'échelle: 100 um. (B) de coloration immunohistologique des vaisseaux sanguins dans les mms lumen (identifié avec le facteur von Willebrand [FvW] coloration, vert). (C) l' évaluation du score locomotrice BBB pour mMS implantés (ligne noire, N = 9) par rapport à des animaux témoins blessés (ligne grise, N = 6). Le BBB moyen de hindlimb gauche et à droite (moyenne par groupe) est représenté avec un écart type. Des différences statistiquement significatives sont marquées par des astérisques (Mann-Whitney Rank test de la somme, p <0,05). Modifié à partir de Brazda et al, 2013 7 avec la permission de Elsevier. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 4
La figure 4.PEG Matrice favorise la régénération tissulaire et cellulaire bénéfique Invasion suivante Scar Relèvement et le traitement. (A) coloration noir du Soudan montre que de grandes parties de l'espace réséqué (dépourvu de coloration noir du Soudan) sont remplis de tissus à 1 semaine après résection. (B, C) ​​Coloration de la cicatrice de la lésion fibreuse avec du collagène de type IV à 1 semaine après résection. Une cicatrice dense est présente chez les animaux de contrôle tandis que les animaux PEG-traités révèlent une immunocoloration beaucoup plus faible et plus distinct. (D) Zone de l' angiogenèse (FMN) contient des profils d'axones régénérés (identifiés avec neurofilament [NF]) une semaine après résection. (E) De nombreux axones ont grandi dans la zone traitée à 5 semaines après la résection. Cellules astrocytes (F, G) Les deux protéine acide fibrillaire gliale positive (GFAP +) et S100 + Schwann envahissent la matrice PEG et celle - ci se trouvent en étroite association avec le regenerating axones déjà après le traitement post 1 semaine. Barres d'échelle: (A) de 1 mm; (FC) 100 um, (G) 50 um. (BG):.. Adapté de Estrada et al 2014 8 avec la permission de Elsevier S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 5
Figure 5. Amélioration de la locomotrice Fonction après la moelle épinière chronique des blessures, Scar Relèvement et le PEG-traitement. Évaluation de la BBB (MBBB) score locomotrice modifié pour PEG-traitée (PEG, losanges noirs, N = 13-14 par timepoint) par rapport au contrôle animaux, qui ont reçu une transection totale de la moelle épinière sans cicatrice résection (TX, triangles blancs, N = 13-14 par timepoint) après une lésion de la moelle épinière chronique. scores MBBB moyennées+ Erreur standard de la moyenne unilatérale de Mann-Whitney U test, * p ≤0.05, ** p ≤0.01, *** p ≤0.001; Modifié d'Estrada et al., 2014 8 avec la permission de Elsevier, WPL = semaine après lésion initiale, wpr = semaines après l' exérèse. Barre d'erreur = SEM (erreur standard de la moyenne). S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

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Discussion

Voici deux approches chirurgicales différentes sont présentées pour combler les lacunes des tissus dans la moelle épinière après (1) transection complète aiguë et mMS implantation et (2) une lésion de la moelle épinière chronique et le retrait fibreux de cicatrice, plus PEG matrice implantation. Les deux stratégies conduisent à la préservation des tissus et la régénération axonale, ainsi que pour l'amélioration fonctionnelle significative locomotrice des animaux traités. Pour mMS implantation d'une fixation adéquate des mMS au sein de la moelle épinière par la dure suture ferme après la chirurgie est une étape technique critique.

Le mMS détient en outre un potentiel thérapeutique en raison de son système interne mis en œuvre à microcanaux qui permet l'infusion locale de liquides thérapeutiquement actifs dans le noyau de la lésion par l' intermédiaire, par exemple., Une minipompe osmotique attachée 7. Pour son utilisation clinique future prévue, le matériau mMS devrait être biorésorbable. Actuellement, la fabrication des systèmes de connecteurs composé de matériaux à base de lactide esten train d'être testé. En outre, le revêtement des mMS avec un matériau conducteur électronique sera mis en place afin d'appliquer des champs électriques thérapeutiques à la moelle épinière lésée.

Comme pour les lésions de la moelle épinière chronique, une autre stratégie a été suivie, puisque la tension physique des souches de la moelle épinière séparés après l'ablation chirurgicale de la cicatrice paraissait trop élevé si un écart de quelques millimètres doit être franchie. Étonnamment, le faible poids moléculaire PEG 600 est avéré être un biopolymère hautement approprié pour combler le vide résultant. Il permet la formation d'un pont de tissu stable, qui favorise l'angiogenèse et l'invasion cellulaire de types cellulaires utiles. On présume que les propriétés physiques du PEG600, comme la viscosité, jouent un rôle important pour l'efficacité observée depuis d'autres types de PEG avec un poids et / ou des viscosités moléculaires supérieures ou inférieures ne sont pas aussi avantageux.

Combler le fossé plus petit après transection aigu avec le roman connecteursystème conduit à une amélioration fonctionnelle claire dès 4 semaines après la blessure. Les animaux respectifs ont atteint un score BBB d'environ 7 à ce moment et de nettes différences entre les animaux et les Mms-rats témoins étaient apparents. Chroniquement animaux blessés qui ont reçu une résection cicatriciel et PEG-implantation ont également récupéré nettement mieux que les témoins non traités, mais les améliorations étaient notables surtout aux points de temps plus tard (après environ 16 semaines). Ces observations peuvent être expliquées par la nature de la blessure (ie., Aiguë vs. chronique et 1 mm défaut de tissu par rapport à 4 mm). Dans le cas des lésions plus importantes de la croissance régénératrice des axones à travers le site de la lésion nécessite des périodes plus longues. En outre, il est très probable que les périodes plus longues de non-utilisation des membres postérieurs entraînent des degrés d'événements dégénératives et, par conséquent plus élevés, des améliorations fonctionnelles moins importants.

optimisation future du traitement PEG après spi chroniquelésion finale du cordon, par des approches combinatoires, par exemple., l' ensemencement supplémentaire du PEG avec favorisant la croissance (souches) des cellules comme les cellules de sang de cordon ombilical 10 in vivo, sont actuellement testés.

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. 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).
  3. 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).
  4. Brotchi, J. Intrinsic spinal cord tumor resection. Neurosurgery. 50 (5), 1059-1063 (2002).
  5. Estrada, V., Tekinay, A., Muller, H. W. Neural ECM mimetics. Prog. Brain Res. 214, Chapter 16 391-413 (2014).
  6. Tetzlaff, W., et al. A Systematic Review of Cellular Transplantation Therapies for Spinal Cord Injury. J.Neurotrauma. 28 (8), 1611-1682 (2010).
  7. 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).
  8. 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).
  9. Rasouli, A., et al. Resection of glial scar following spinal cord injury. J.Orthop.Res. 27 (7), 931-936 (2009).
  10. 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, Pt 2 431-446 (2011).

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Neuroscience numéro 110 une lésion de la moelle épinière un traumatisme pontage matrice implant la régénération axonale l'ingénierie tissulaire l'adaptation des tissus le polyéthylène glycol la récupération fonctionnelle
Stratégies expérimentales pour combler les lacunes de tissus grandes dans la moelle épinière lésée après aiguë et chronique Lésion
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Brazda, N., Estrada, V., Voss, C.,More

Brazda, N., Estrada, V., Voss, C., Seide, K., Trieu, H. K., Müller, H. W. Experimental Strategies to Bridge Large Tissue Gaps in the Injured Spinal Cord after Acute and Chronic Lesion. J. Vis. Exp. (110), e53331, doi:10.3791/53331 (2016).

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