Method Article
* 이 저자들은 동등하게 기여했습니다
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.
척수 손상 (SCI) 축삭의 재생을 방해 병변 코어의 흉터 형성 한 후. 척수 종양 절제 또는 유입 및 환부 넘어 일반 조직 복구뿐만 아니라 신경 섬유 재생 성장 촉진에 도움을 줄 수 외상성 사고로 인한 조직 결함 모독 후 상처 부위를 브리징. 두 실험적인 치료 전략을 제시하는 일 : 급성 완전히 횡단 흉부 쥐의 척수에 신규 마이크로 디바이스 (1) 이식이 척수 조직 덩어리를 절단하고, 만성 병변 쥐의 SCI 사이트 (2) 폴리에틸렌 글리콜 충전 후 재 적응할하기 흉터 절제술. 이 모델의 만성 척수 병변은 치료 전에 오주을 입은 한 완전한 척수 절개입니다. 두 방법은 최근에 매우 유망한 결과와 승진 축삭 재성장, 유익한 세포 침윤 및 기능 개선을 달성척수 손상의 쥐 모델이다.
기계적 마이크로 시스템 (MMS)가 MMS에 부압을 적용하기위한 출구 튜브 시스템과 폴리 메틸 메타 크릴 레이트 (PMMA)로 구성된 멀티 - 채널 시스템 루멘 따라서 허니컴 구조의 구멍에 척수 덩어리 당기는. 1 밀리 조직의 간극에 주입 한 후, 조직 장치로 흡입된다. 또한, MMS의 내벽은 잘 조직 접착 미세 구조화된다.
만성 척수 손상 방식의 경우에는 척수 조직 - 흉터 채워진 병변 영역을 포함한 - 길이 4mm의 면적에 걸쳐 절제된다. 미세 수술 흉터 절제술 후 결과 캐비티 세포 침윤, 혈관 재, 축삭 재생 및 생체 내에서조차 컴팩트 재유 수화를위한 훌륭한 기질을 제공하기 위해 발견 된 폴리에틸렌 글리콜 (PEG 600)으로 가득합니다.
척수 외상뿐만 아니라 임의의 재생 반응을 방해 조직 결함에서 축삭 그러나 상기 결과의 손실에 이르게 (검토를 위해, 2 참조). 척수 조직은 종종 및 병변 주변 낭종 형성이나 구멍을 선도 차 변성을 통해 손실됩니다. 대부분의 실험적인 치료 개입은 건강한 조직의 나머지 테두리 부분 절개, 호감이나 타박상 부상 등 불완전 척수 손상에 초점을 맞 춥니 다. 종양 절제 등의 외상 사고 나 수술 개입으로 인한 총 transections 같은 완전한 상해를 들어, 매우 제한된 치료 옵션 오늘 3,4 사용할 수 있습니다. 완전한 절개 후 척추 밑둥에 수축 티슈 결과 정비사 장력 척수에 작은 갭을두고. 대부분의 전략은 조직, 세포 또는 매트릭스 5,6이 격차를 채우기에 초점을 맞 춥니 다.
여기서, 다른 전략신규 마이크로 장치 (7)를 사용하여 분리 된 덩어리 즉 재 적응되게한다. 두 덩어리를 재 적응할하기 위해 기계적 힘이 (도 1)을 달성하기 위해 약간의 음압으로 적용되어야한다. 기계적 마이크로 시스템 (MMS)의 출구 배관 시스템을 구비 벌집 구멍 (도 1a)과 함께 폴리 메틸 메타 크릴 레이트 (PMMA)의 멀티 채널 시스템이다. 이는 쥐 (도 1C)의 전체 척추 절개 인한 조직 갭으로 주입된다. 하나의 튜브는 MMS (도 1D)에 부압을 적용하기 위해 진공 펌프에 연결될 수있다. 압력은 압력 (그림 1B) 해제 될 때 장소에서 조직을 유지하기 위해 마이크로 벽이있는 MMS의 벌집 모양의 구멍에 연결이 끊어진 척수 젊고 아름다운 여자를 가져옵니다. 튜브는 수술 후 그대로 순서대로 삼투압 미니 펌프에 부착 될 수있다병변 코어 (그림 1E-F)에 물질을 주입합니다.
척수 척추 종양의 수술 적 제거 또는 지금까지 MMS에 의해 극복 할 수없는 몇 밀리미터, 많은 조직 격차로 이어지는 단단한 만성 병변 흉터에서 전체 병변 결과의 또 다른 유형의 급성 절개 게다가. 척수 외상 환자의 대부분은 만성 상처 겪는다. 이들 환자에있어서, 완전히 개발 흉터 병변 코어를 차지한다. 병변의 흉터 제거 수술은 현재 실험 SCI 8,9 후에 조사되는 치료를위한 개념이다. 절제 과정 자체가 상당한 추가적인 손상을 초래하지 않고 수행 할 수 있지만, 얻어지는 조직 갭 척수 손상의 구체적인 경우에 가능하고 조직의 재생을 촉진하고, 적절한 행렬, 신경 섬유의 재생과 함께 가교 될 필요 유지 된 운동 기능을 촉진합니다. 그것은이었다저 분자량 폴리에틸렌 글리콜 (PEG 600)가 이러한 목적에 매우 적합한 재료 인 것을 발견했다. 면역 원성 및 매우 낮은 점도의 그것의 부족은 주변 조직에 원활하게 통합 할 수 있습니다. 매우 중요 - - 내림차순 소형 수초 (8)에 의해 섬유 책자뿐만 아니라 ensheathment 오름차순의 축삭의 재생 및 신장 생체 고분자의 삽입 혼자 내피 세포, 말초 슈반 세포와 성상 세포, 등 유익한 세포의 침윤을 촉진한다. 이러한 재생 응답이 오래 기능 개선 수반되는 것으로 밝혀졌다. 흉터 조직 및 PEG (600)의 후속 주입 절제술의 조합은 실질적으로 척수 조직의 결함을 해소하는 안전하고 간단하면서도 매우 효율적인 수단을 제공한다.
동물의 안전과 편안함을위한 제도적 지침을 준수하고, 모든 수술 개입과 사전 및 사후 수술 동물 관리는 독일의 동물 보호 법률 북한 Rhine- 베스트 팔렌 (주 사무소, 환경 및 소비자 보호, LANUV 노르 트라 인 베스트 팔렌을 준수 제공되었다 ).
여성 위 스타 쥐의 흉부 척수 1. 전체 절개 (2백20~2백50그램)
조직 보존, 축삭 재성장 및 척수의 급성 완전 절개 후 MMS 주입의 기능 혜택
MMS의 급성 주입이 완전히 횡단 척수 젊고 아름다운 여자를 안정화 및 조직 (B 대 그림 2A)의 수축을 감소 것을 증명한다. 시상 부분에서 트리 크롬 염색에 의해 가시화 된 바와 같이, 병변 코어의 섬유 성 흉터의 녹색 결합 조직 염색 MMS 이식 동물 (그림 2C)에 비해 제어 병변 동물 (그림 2D)에서 훨씬 밀도가 더 눈에 띄는 것입니다. 흥미롭게도, 제어 병변 동물에 비해 주입 된 MMS에서 ED-1에 대하여 면역 조직 염색으로 가시화으로 병변 부위의 대 식세포의 축적에 긴 생존 시간에 전혀 관찰 한 차이가 없었다 (도시 생략).
바로 주입 한 후, 이후 몇 일 후에 세포와 조직으로 가득 차 있었다 관찰 된 MMS 루멘에서 조직의 부족. MMS는 루멘에 오주에서 수술 후 대규모 축삭 증식 (그림 3A)를 검출 할 수있다. 또한, 상기 루멘은 혈관 MMS 하였다 (도 3b)와 축삭 구조 혈관 가까이에서 발견되었다 (도시되지 않음). 오픈 필드 바소 - 비티 - 브레스의 전위의 점수 (BBB)의 평가, 2, 4 주에 제어 병변 동물 대 MMS 주입 동물의 중요한 기능 개선 (그림 3C에 검은 선) (그림 3C 회색 선) 공개 수술 후.
셀 침공, 혈관 재관류, 축삭 재생 및 흉터 절제술 및 PEG 이식 후 만성 척수 부상 쥐의 기능 개선
만성 부상 모드에서부분과 전체를 모두 흉부 척수 절개의 LS 초기 손상 후 주 오의 병변 흉터의 제거 수술은 동물에 대한 탐지 추가 피해 나 불편을 초래하지 않았다. 흉터 절제술 및 PEG 600의 후속 삽입 (그림 4) 매트릭스 내에서 검출되었다 조직의 재생되었다. 또한, 세포 외 콜라겐 덮개의 증착 - 반흔 조직의 기저막 그물 세공에 대한 전형적인 - 병변 전용 컨트롤 (그림 4B)에 비해 PEG-처리 (도 4C) 이후로 눈에 띄는하지 않았다. 병변 전용 제어 만성 상처 (도시되지 않음)과는 대조적으로, 매트릭스 - 충전 절제 부위를 절제 후 축삭 성장 촉진 세포에 의해 침입한다. 이미 빠르면 매트릭스 영역에서 일주일 후 절제 및 치료 유익 여러 세포 유형으로는 재생 혈액 V에 존재하는 것으로 밝혀졌다 내피 세포 (식별 수essels [그림 4D), 성상 세포 (그림 4 층)와 주변 슈반 세포 (그림 4 세대). 다섯 주 절제술 후 PEG 처리 영역은 다수의 축삭 프로파일 (그림 4E)으로 가득합니다.
페그 행렬은 다수의 축삭 (도 4d, E, G)의 회생 실질적인 성장을 촉진. 연구와 면역 조직 화학 염색, 다양한 상승을 추적하고로뿐만 아니라 PEG-충전 영역 (8)을 넘어뿐만 아니라 재생 식별 할 수있는 축삭 인구를 내림차순으로. EM 긴 생존 기간 (8 개월)와 함께 동물의 치료 영역 분석 전송은 슈반 세포의 존재를 확인하지만 더 PEG-매트릭스 (8) 내부의 재생 축삭의 소형 수초를 한 것으로 밝혀졌습니다 아닙니다. 재생 된 축삭 프로파일은 자주 혈관의 영역과 관련이(그림 4D). 면역 조직 화학 염색과는 치료 절제술 지역에서 발견 된 축삭 프로파일이 밀접하게 슈반 세포와 관련된과 절제와 이식 (8) 후 초기 시점에서 이미 이러한 세포에 의해 유수 될 것으로 보입니다 있다고 설명했다.
긴 기간 (팔개월) 행동 연구는 만성 흉터 절제술 및 PEG-치료 (그림 5) 후 상당한 오래 지속 된 운동 기능을 개선 한 것으로 밝혀졌습니다.
동작 그림 1. MMS 디자인 및 원리 (A)를 MMS의 사진 사진, (B) MMS 측벽의 접착 표면 미세 구조, 스케일 바 :. 50 μm의, (CF) 개략도 (C) implantatio척추 병변 (D) 진공인가 허니컴 구조로 조직 (적색 화살표 : 부압)을 빨아로 MMS의 N, (E) 점착력 만의 거리에 근접 척수 덩어리를 유지 4 내부 마이크로 채널을 통해 루멘의 약리 물질의 수 마이크로 미터 (F) 분포 (검은 색 화살표는 마이크로 채널 1 가리 - 4). 주입은 유입구 푸른 화살표로 도시된다. D에서 - MMS는의 E 하나의 절반이 도시되어있다. 엘스 비어에서 Brazda 등 권한이있는 등, 2013 년 7에서 재판. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
MMS 임프 후 그림 2. 척추 조직 보존μM 농도로 배양액. 6에서 척수 조직, RESP. 7개월 (A)와 총 절개 후 및 MMS 임플란트 (B)없이. (B)의 화살표 (A)에서 MMS (화살표)을 이식 장소에 대응하는 척수 영역을 나타낸다. (A)에서 잘 보존 된 구조와 대조적으로 비 처리 동물 (B)에서 척수 조직의 수축을 참고. 임플란트 (D)없이 제어 동물에 비해 MMS 주입 (C) 후 시상 척수 부분의 트리 크롬 염색. 녹색 : 결합 조직, 빨간색 : 세포질, 블랙 : nucleus.The 병변 센터는 치료 만 한계 흉터가 MMS 주위에 분명 반면, 제어 병변 동물 (D는, 검은 색 화살표는 병변 진원지를 나타낸다)에 반흔 조직 (녹색)으로 가득 십사일 (C) 후 동물. MMS는 벌집 구조로 구성되어 있습니다20 μm의 조각으로 잘라 경우 조직 처리 중에 세척한다. 1mm :에 대한에 (A, B) (A), (C, D) (D)에 대한 스케일 바. 엘스 비어에서 Brazda 등 권한이있는 등 2013 년 7에서 수정. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
MMS 주입 후 그림 3. 축삭 재생, 혈관 재관류 열기 필드 운동력이 점수. (A) 완전 척수 절개 및 MMS 주입 후 오주에서 시상 척수 섹션에서 팬 축삭 마커 (PAM)을 인산화 신경 미세 섬유의 면역 조직 염색. MMS는 루멘은 별표로 표시됩니다. MMS는의 벽 (W)는 점선으로 표시됩니다윤곽. 이전에 조직없는 MMS 루멘의 많은 스테인드 축삭을합니다. 스케일 바 : 100 μm의. (B) (녹색 폰 빌레 브란트 인자는 vWF] 염색으로 식별)를 MMS 내강 혈관의 면역 조직 염색. BBB를의 운동 기관 이식 MMS에 대한 점수 (C) 평가 (검은 선, N = 9) 제어 부상당한 동물 대 (회색 선, N = 6). 좌측과 우측 뒷다리의 평균 BBB (그룹 당 평균) 표준 편차 도시된다. 통계적으로 유의 한 차이는 별표 (맨 - 휘트니 순위 합 테스트, P <0.05)로 표시됩니다. 엘스 비어에서 Brazda 등 권한이있는 등 2013 년 7에서 수정. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4.PEG 매트릭스 흉터 절제술과 치료 다음과 같은 조직 재생 및 유익한 세포 침공을 촉진. (A) 수단 블랙 염색 (수단 검은 얼룩없는) 절제 격차의 대부분 1 주일 후 절제술에서 조직으로 가득 보여줍니다. (B, C) 주간 포스트 절제술에서 콜라겐 타입 IV와 섬유 병변 흉터의 염색. PEG-처리 된 동물은 더 약하고 더 뚜렷한 면역 공개하면서 조밀 흉터 대조 동물에 존재한다. 혈관 신생 (D) 지역 (WWF)은 일주일 후 절제술에서 (신경 미세 섬유 [NF]로 식별) 재생 축삭의 프로파일이 포함되어 있습니다. (E) 다수의 축삭은 절제 후 오주에서 처리 된 영역으로 성장했다. (F, G) 글 리아 섬유 성 산성 단백질 양 (GFAP의 +) 모두와 아스트로 S100 + 슈반 세포를 PEG 행렬 침입 후자는 regenerat과 밀접한 연관 발견일주의 후 처리 후 이미 축삭을 보내고. 스케일 바 : (A) 1mm; (CF) 100 μm의 (G) 50 μm의. (BG) :.. 에스트라다 등의 알에서 적응, 엘스 비어의 허가와 2014 8 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
제어 대 그림 5. 만성 척수 손상, 흉터 절제술 및 PEG-치료 후 운동력이 기능의 개선. PEG 처리에 대한 수정 BBB (mBBB) 전위의 점수의 평가 (PEG, 검은 이번 주 rhombs, N = 평가시기에 따라 13 ~ 14) 흉터 절제술없이 총 척수 절개를받은 동물 (TX, 흰색 삼각형, N 평가시기 당 = 13 ~ 14) 만성 척수 손상 후. 평균 mBBB 점수평균의 + 표준 오차 맨 - 휘트니 U 시험, * P ≤0.05, ** P는 ≤0.01, *** 페이지를 ≤0.001 한 단면; 에스트라다 등.에서 수정, 엘스 비어의 허가, WPL = 주 후 초기 병변, WPR = 주 2014 8 절제술을 게시 할 수 있습니다. 오류 바 = SEM (평균의 표준 오차). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
여기에 두 가지 수술 방법 (1) 급성 완전 절개 및 MMS 주입 및 (2) 만성 척수 병변 및 섬유 흉터 제거 플러스 PEG 매트릭스 주입 후 척수 조직 격차를 해소되게됩니다. 두 전략은 조직의 보존과 축삭의 재생뿐만 아니라 처리 된 동물의 중요한 전위의 기능 개선으로 이어질. MMS는 수술 후 회사 경막 봉합에 의해 척수 내에서 MMS의 적절한 고정을 주입 중요한 기술 단계입니다.
MMS는 인해를 통해 병변의 핵심으로 치료 활성 액체의 지방 주입 할 수의 구현 내부 마이크로 시스템, 예를 들면에 더 치료 가능성을 보유하고있다., 부착 삼투압 미니 펌프 (7). 의도 미래 임상 적 사용을 위해, MMS 재료는 생 흡수성이어야한다. 현재, 락 타이드 계 재료로 이루어지는 커넥터 시스템의 제조는테스트되고. 또한, 전자 전도성 재료로 MMS 코팅은 병변 치료 척수에 전계를인가하기 위해 설치된다.
수술 흉터 제거 후 분리 된 척수 젊고 아름다운 여자의 물리적 장력이 몇 밀리미터의 간격이 교차해야하는 경우가 너무 높은 등장 이후 만성 척수 병변에 관해서는, 또 다른 전략은, 이어졌습니다. 놀랍게도, 저 분자량의 PEG (600)는 생성 된 틈을 채우도록 매우 적합한 생체 고분자 것을 알았다. 그것은 혈관 신생 및 유익한 세포 유형의 세포 침입을 촉진 안정적인 조직 다리의 형성을 할 수 있습니다. 이 높거나 낮은 분자량 및 / 또는 점도가 다른 PEG-유형 유익한 없었다 때문에 PEG600의 물성, 점도 마찬가지로 관찰 효과에 대한 중요한 역할을한다는 추측된다.
소설 커넥터 급성 절개 후 작은 격차를 브리징빠르면 사주와 부상 후 맑은 기능 개선 시스템 리드. 각각의 동물은 약 7 시간에 의하여 및 MMS-동물과 대조군 사이에 명확한 차이가 분명했다의 BBB 점수에 도달했다. 만성 흉터 절제술 및 PEG-주입도 처리되지 않은 대조군보다 훨씬 더 나은 복구 받았지만, 개선은 대부분 나중에 포인트 (후 약 16 주)에 주목했다 동물 부상. 이러한 관찰 결과 (만성 급성 대 즉. 그리고 1mm 대 4mm 조직 결손) 부상의 성질에 의해 설명 될 수있다. 큰 병변 경우 병변 부위에 걸쳐 축삭의 재생 성장은 긴 시간주기를 필요로한다. 또한, 뒷다리의 미사용의 긴 기간에 덜 띄는 기능 개선에 따라서 퇴행성 이벤트의 높은 각도로 발생할 가능성이 매우 높다.
만성 SPI 후의 PEG 처리 미래 최적화조합 방식을 통해 최종 척수 손상, 생체 내에서 (10)는, 현재 테스트중인 탯줄 혈액 세포 등의 성장 촉진 (줄기) 세포와 PEG의 예. 추가 파종.
The authors have nothing to disclose.
German Legal Casualty Insurance (DGUV), Research Commission of the Medical Faculty of the Heinrich-Heine-University
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 |
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