Axon Stretch Growth: The Mechanotransduction of Neuronal Growth

During pre-synaptic embryonic development, neuronal processes traverse short distances to reach their targets via growth cone. Over time, neuronal somata ...

New Jersey Institute of Technology

University of Medicine and Dentistry of New Jersey

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Damage to the peripheral nervous system is surprisingly common and occurs primarily from trauma or a complication of surgery. Although recovery of nerve function occurs in many mild injuries, outcomes are often unsatisfactory following severe trauma. Nerve repair and regeneration presents unique clinical challenges and opportunities, and substantial contributions can be made through the informed application of biomedical engineering strategies. This article reviews the clinical presentations and classification of nerve injuries, in addition to the state of the art for surgical decision-making and repair strategies. This discussion presents specific challenges that must be addressed to realistically improve the treatment of nerve injuries and promote widespread recovery. In particular, nerve defects a few centimeters in length use a sensory nerve autograft as the standard technique; however, this approach is limited by the availability of donor nerve and comorbidity associated with additional surgery. Moreover, we currently have an inadequate ability to noninvasively assess the degree of nerve injury and to track axonal regeneration. As a result, wait-and-see surgical decisions can lead to undesirable and less successful "delayed" repair procedures. In this fight for time, degeneration of the distal nerve support structure and target progresses, ultimately blunting complete functional recovery. Thus, the most pressing challenges in peripheral nerve repair include the development of tissue-engineered nerve grafts that match or exceed the performance of autografts, the ability to noninvasively assess nerve damage and track axonal regeneration, and approaches to maintain the efficacy of the distal pathway and targets during the regenerative process. Biomedical engineering strategies can address these issues to substantially contribute at both the basic and applied levels, improving surgical management and functional recovery following severe peripheral nerve injury.

Biomedical engineering strategies for peripheral nerve repair: surgical applications, state of the art, and future challenges.

Les dommages au syst&#xE8;me nerveux p&#xE9;riph&#xE9;rique est &#xE9;tonnamment commun et se produit principalement &#xE0; un traumatisme ou une complication de la chirurgie. Bien que la r&#xE9;cup&#xE9;ration de la fonction nerveuse se produit dans de nombreux bless&#xE9;s l&#xE9;gers, les r&#xE9;sultats sont souvent insatisfaisants suite d&#x26;#39;un traumatisme s&#xE9;v&#xE8;re. R&#xE9;paration et la r&#xE9;g&#xE9;n&#xE9;ration du nerf pr&#xE9;sente des d&#xE9;fis uniques et des possibilit&#xE9;s cliniques, et des contributions substantielles peuvent &#xEA;tre faites par l&#x26;#39;application &#xE9;clair&#xE9;e de strat&#xE9;gies de g&#xE9;nie biom&#xE9;dical. Cet article passe en revue les pr&#xE9;sentations cliniques et la classification des l&#xE9;sions nerveuses, en plus de l&#x26;#39;&#xE9;tat de l&#x26;#39;art pour les strat&#xE9;gies de prise de d&#xE9;cision et de la r&#xE9;paration chirurgicale. Cette discussion pr&#xE9;sente des d&#xE9;fis sp&#xE9;cifiques qui doivent &#xEA;tre abord&#xE9;s de fa&#xE7;on r&#xE9;aliste d&#x26;#39;am&#xE9;liorer le traitement des l&#xE9;sions nerveuses et favoriser la reprise g&#xE9;n&#xE9;ralis&#xE9;e. En particulier, les d&#xE9;fauts nerveuses quelques centim&#xE8;tres de longueur d&#x26;#39;utiliser une autogreffe nerveuse sensorielle comme la technique standard, mais cette approche est limit&#xE9;e par la disponibilit&#xE9; de nerf donneur et de la comorbidit&#xE9; associ&#xE9;e &#xE0; une intervention chirurgicale suppl&#xE9;mentaire. En outre, nous avons actuellement une capacit&#xE9; insuffisante de mani&#xE8;re non invasive d&#x26;#39;&#xE9;valuer le degr&#xE9; de l&#xE9;sion du nerf et de suivre la r&#xE9;g&#xE9;n&#xE9;ration axonale. Par cons&#xE9;quent, attendez-et-voir les d&#xE9;cisions chirurgicales peuvent conduire &#xE0; des ind&#xE9;sirables et moins de succ&#xE8;s &#x26;quot;en retard&#x26;quot; des proc&#xE9;dures de r&#xE9;paration. Dans cette lutte pour le temps, la d&#xE9;g&#xE9;n&#xE9;rescence de la structure de soutien du nerf distal et la cible progresse, finalement &#xE9;mousser la r&#xE9;cup&#xE9;ration fonctionnelle compl&#xE8;te. Ainsi, les d&#xE9;fis les plus pressants de r&#xE9;paration des nerfs p&#xE9;riph&#xE9;riques incluent le d&#xE9;veloppement des greffes nerveuses de l&#x26;#39;ing&#xE9;nierie tissulaire qui correspondent ou d&#xE9;passer les performances des autogreffes, la capacit&#xE9; d&#x26;#39;&#xE9;valuer de mani&#xE8;re non invasive des l&#xE9;sions nerveuses et de suivre la r&#xE9;g&#xE9;n&#xE9;ration axonale et les approches pour maintenir l&#x26;#39;efficacit&#xE9; de la voie distale et des cibles au cours du processus de r&#xE9;g&#xE9;n&#xE9;ration. Strat&#xE9;gies d&#x26;#39;ing&#xE9;nierie biom&#xE9;dicale peut r&#xE9;pondre &#xE0; ces questions de contribuer substantiellement &#xE0; la fois les niveaux de base et appliqu&#xE9;es, l&#x26;#39;am&#xE9;lioration de prise en charge chirurgicale et la r&#xE9;cup&#xE9;ration fonctionnelle apr&#xE8;s une l&#xE9;sion nerveuse p&#xE9;riph&#xE9;rique grave.

Strat&#xE9;gies de g&#xE9;nie biom&#xE9;dical pour la r&#xE9;paration des nerfs p&#xE9;riph&#xE9;riques: applications chirurgicales, &#xE9;tat de l&#x26;#39;art, et les d&#xE9;fis futurs

Sch&auml;den an peripheren Nervensystems ist erstaunlich verbreitet und tritt in erster Linie von Trauma oder eine Komplikation der Chirurgie. Obwohl Wiederherstellung der Nervenfunktion in vielen milden Verletzungen erfolgt, sind die Ergebnisse oft unbefriedigend nach schweren Traumata. Nerven-Reparatur und Regeneration pr&auml;sentiert einzigartige klinische Herausforderungen und Chancen und substanzielle Beitr&auml;ge durch fundierte Anwendung der Biomedizintechnik Strategien erfolgen k&ouml;nnen. Dieses Aufsatzes sind die klinischen Pr&auml;sentationen und Klassifizierung von Nervenverletzungen, neben dem Stand der Technik f&uuml;r chirurgische Strategien der Entscheidungsfindung und Reparatur. Diese Diskussion stellt besondere Herausforderungen, die angegangen werden m&uuml;ssen, um realistisch verbessern die Behandlung von Nervenverletzungen und weit verbreitete Erholung f&ouml;rdern. Verwenden Sie insbesondere Nerven M&auml;ngel ein paar Zentimeter in der L&auml;nge einer sensorischen Nerven-Auto als die Standardtechnik; Allerdings beschr&auml;nkt sich dieser Ansatz durch die Verf&uuml;gbarkeit des Spenders Nerven- und Komorbidit&auml;t zus&auml;tzliche Chirurgie zugeordnet. Au&szlig;erdem haben wir derzeit eine unzureichende F&auml;higkeit Bauteilqualit&auml;t pr&uuml;fen den Nervenverletzung und axonale Regeneration zu verfolgen. Infolgedessen k&ouml;nnen Wait-and-See chirurgische Entscheidungen zu unerw&uuml;nschten und weniger erfolgreich &quot;verz&ouml;gerte&quot; Reparatur-Verfahren f&uuml;hren. In diesem Kampf f&uuml;r Zeit Degeneration der distale Nervus unterst&uuml;tzen Struktur und Ziel fortschreitet, letztlich Abstumpfung komplette funktionellen Erholung. So beispielsweise die dringendsten Aufgaben in peripheren Nerven reparieren die Entwicklung der Nerv Gewebe-Engineering-Prothesen, die erreichen oder &uuml;bertreffen die Leistung der Autotransplantate, die F&auml;higkeit Bauteilqualit&auml;t Nervensch&auml;den zu bewerten und verfolgen axonale Regeneration und Ans&auml;tze f&uuml;r die Wirksamkeit der distalen Weg und Ziele bei den regenerativen Prozess erhalten bleiben. Biomedizinische Technik-Strategien k&ouml;nnen diese Probleme wesentlich auf die Grundlagen- und angewandten Ebenen, Verbesserung der OP-Management und funktionellen Erholung nach schweren periphere Nervenverletzung beitragen.

Biomedizinische Technik-Strategien f&uuml;r peripherer Nerven-Reparatur: chirurgische Anwendungen, Stand der Technik und zuk&uuml;nftige Herausforderungen.

Danni al sistema nervoso periferico sono sorprendentemente comuni e si verifica principalmente da trauma o una complicanza della chirurgia. Anche se il recupero della funzione del nervo si verifica in molte lesioni lievi, i risultati sono spesso insoddisfacenti a seguito di trauma grave. Rigenerazione e riparazione dei nervi presenta opportunit&agrave; e sfide uniche cliniche e contributi notevoli possono essere effettuati attraverso l&#39;applicazione consapevole delle strategie di ingegneria biomedica. Questo articolo recensisce le presentazioni cliniche e classificazione delle lesioni nervose, oltre lo stato dell&#39;arte per strategie decisionali e riparazione chirurgiche. Questa discussione presenta sfide specifiche che devono essere affrontate per realisticamente migliorare il trattamento di lesioni nervose e promuovere la ripresa diffusa. In particolare, difetti nervosi a pochi centimetri di lunghezza utilizzano un autoinnesto di nervi sensoriali come la tecnica standard; Tuttavia, questo approccio &egrave; limitato dalla disponibilit&agrave; di nervo donatore e comorbidit&agrave; associate ulteriori interventi chirurgici. Inoltre, abbiamo attualmente una capacit&agrave; insufficiente per valutare in modo non invasivo il grado di lesione del nervo e per monitorare la rigenerazione assonale. Di conseguenza, aspettare e vedere le decisioni chirurgiche possono portare a procedure di riparazione &quot;ritardato&quot; indesiderabili e meno successo. In questa lotta per tempo, la degenerazione del nervo distale supporto struttura e destinazione progredisce, in ultima analisi blunting completo recupero funzionale. Cos&igrave;, le sfide pi&ugrave; pressanti nella riparazione dei nervi periferici includono lo sviluppo di innesti nervosi tessutale che corrisponde o superare le prestazioni di autoinnesti, la capacit&agrave; di non invasivo valutare danni ai nervi e tenere traccia di rigenerazione assonale e approcci per mantenere l&#39;efficacia del percorso distale e obiettivi durante il processo rigenerativo. Strategie di ingegneria biomedica possono risolvere questi problemi sostanzialmente contribuire sia a livello di base e applicata, migliorando la gestione chirurgica e recupero funzionale dopo lesione del nervo periferico grave.

Strategie di ingegneria biomedica per la riparazione dei nervi periferici: applicazioni chirurgiche, stato dell&#39;arte e sfide future.

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El da&#xF1;o al sistema nervioso perif&#xE9;rico es sorprendentemente com&#xFA;n y se produce principalmente por un traumatismo o una complicaci&#xF3;n de la cirug&#xED;a. Aunque la recuperaci&#xF3;n de la funci&#xF3;n nerviosa se produce en muchas de las lesiones leves, los resultados son a menudo insatisfactorios despu&#xE9;s de un traumatismo grave. Reparaci&#xF3;n y la regeneraci&#xF3;n del nervio presenta desaf&#xED;os &#xFA;nicos cl&#xED;nicos y oportunidades, y las contribuciones sustanciales se pueden hacer a trav&#xE9;s de la aplicaci&#xF3;n informada de las estrategias de ingenier&#xED;a biom&#xE9;dica. Este art&#xED;culo revisa las manifestaciones cl&#xED;nicas y la clasificaci&#xF3;n de las lesiones nerviosas, adem&#xE1;s del estado del arte de las estrategias quir&#xFA;rgicas de toma de decisiones y la reparaci&#xF3;n. Esta discusi&#xF3;n se presenta desaf&#xED;os espec&#xED;ficos que deben ser abordados para mejorar el tratamiento realista de las lesiones nerviosas y promover la recuperaci&#xF3;n generalizada. En particular, los defectos de los nervios de unos pocos cent&#xED;metros de longitud utiliza un autoinjerto de los nervios sensoriales, como la t&#xE9;cnica est&#xE1;ndar, sin embargo, este enfoque est&#xE1; limitado por la disponibilidad de los nervios de los donantes y la comorbilidad asociada a la cirug&#xED;a adicional. Por otra parte, actualmente tenemos una falta de capacidad para evaluar la forma no invasiva el grado de lesi&#xF3;n del nervio y para realizar un seguimiento de la regeneraci&#xF3;n axonal. Como resultado de ello, esperar y ver qu&#xE9; decisiones quir&#xFA;rgicas puede conducir a indeseables y menos exitosos procedimientos de &#x26;quot;retraso&#x26;quot; de reparaci&#xF3;n. En esta lucha por el tiempo, la degeneraci&#xF3;n de la estructura nerviosa de apoyo distal y el objetivo progresa, en &#xFA;ltima instancia, embotar la recuperaci&#xF3;n funcional completa. Por lo tanto, los desaf&#xED;os m&#xE1;s apremiantes en la reparaci&#xF3;n de nervios perif&#xE9;ricos incluyen el desarrollo de los injertos de nervios de la ingenier&#xED;a tisular que igualan o superan el rendimiento de los autoinjertos, la capacidad de evaluar no invasiva da&#xF1;o a los nervios y hacer un seguimiento regeneraci&#xF3;n axonal, y los enfoques para mantener la eficacia de la v&#xED;a distal y los objetivos durante el proceso de regeneraci&#xF3;n. Estrategias de Ingenier&#xED;a Biom&#xE9;dica puede abordar estas cuestiones para contribuir de manera sustancial en los niveles b&#xE1;sica y aplicada, la mejora de manejo quir&#xFA;rgico y la recuperaci&#xF3;n funcional despu&#xE9;s de una lesi&#xF3;n severa del nervio perif&#xE9;rico.

Estrategias de Ingenier&#xED;a Biom&#xE9;dica para la reparaci&#xF3;n de nervios perif&#xE9;ricos: aplicaciones quir&#xFA;rgicas, Estado del Arte y Desaf&#xED;os Futuros

Strat&#xE9;gies pour la r&#xE9;paration du syst&#xE8;me nerveux d&#xE9;couler de sa connaissance des m&#xE9;canismes de croissance par l&#x26;#39;interm&#xE9;diaire d&#x26;#39;un c&#xF4;ne de croissance. Le processus distinctif de la croissance tron&#xE7;on axone est un robuste, croissance &#xE0; long terme qui peuvent r&#xE9;v&#xE9;ler de nouvelles voies pour acc&#xE9;l&#xE9;rer la r&#xE9;paration des nerfs. Ici, un bior&#xE9;acteur imagerie en temps r&#xE9;el a &#xE9;t&#xE9; con&#xE7;u pour explorer de pr&#xE8;s les &#xE9;v&#xE9;nements cellulaires initi&#xE9;es par la tension appliqu&#xE9;e. Le potentiel de croissance tron&#xE7;on entre adultes et embryonnaires ganglion de la racine dorsale (DRG) a &#xE9;t&#xE9; &#xE9;tudi&#xE9;e neurones, une diff&#xE9;rence importante dans la r&#xE9;paration nerveuse. Axones embryonnaires sont capables de unidirectionnels taux de croissance de 4 extensibles? Mm / j et de mani&#xE8;re fiable atteint 4 cm de longueur? Dans les 2 semaines. Axones adultes ne pouvaient atteindre 2? Mm / j et a pris plus de 3 semaines pour atteindre 4 cm?. Utilisant imagerie time-lapse, nous avons observ&#xE9; la motilit&#xE9; du c&#xF4;ne de croissance, en coordination avec la croissance &#xE9;tirement. D&#xE8;s l&#x26;#39;ouverture d&#x26;#39;&#xE9;tirement, des c&#xF4;nes de croissance r&#xE9;tract&#xE9;s. Cependant, &#xE0; moins de 10? H de &#xE9;tirage en continu, les c&#xF4;nes de croissance &#xE9;tendu &#xE0; une vitesse de 0,2? Mm / j oppos&#xE9;e &#xE0; la direction de la tension appliqu&#xE9;e, contribuant &#xE0; l&#x26;#39;allongement axone ensemble. Nous avons analys&#xE9; le transport rapide mitochondrial dans des niveaux croissants de souche afin de d&#xE9;terminer l&#x26;#39;effet d&#x26;#39;&#xE9;tirement sur le transport axonal. Transports a commenc&#xE9; &#xE0; diminuer &#xE0; la souche 24%, et &#xE9;tait presque totalement absente au souche 39%. &#xC9;tonnamment, les axones r&#xE9;cup&#xE9;r&#xE9;s et ont &#xE9;t&#xE9; capable d&#x26;#39;une croissance allongement cons&#xE9;cutif. Lorsque la tension a &#xE9;t&#xE9; compl&#xE8;tement lib&#xE9;r&#xE9; (? Souche 5%), &#xE9;tirer les axones cultiv&#xE9;s r&#xE9;tract&#xE9;es &#xE0; des taux allant de 6,1? M / sec et ralenti la tension au repos a &#xE9;t&#xE9; restaur&#xE9;. Cette capacit&#xE9; &#xE0; &#xE9;valuer le processus de la croissance axonale &#xE9;tendue en temps r&#xE9;el permettra une &#xE9;tude d&#xE9;taill&#xE9;e de la fa&#xE7;on dont la tension peut &#xEA;tre utilis&#xE9; pour stimuler la croissance axonale et la r&#xE9;traction.

Vivez l&#x26;#39;imagerie de la croissance extensible Axon dans les neurones embryonnaires et adultes

&#x4E2D;&#x67A2;&#x795E;&#x7ECF;&#x7CFB;&#x7EDF;&#x635F;&#x4F24;&#x4FEE;&#x590D;&#x7684;&#x6218;&#x7565;&#x901A;&#x8FC7;&#x751F;&#x957F;&#x9525;&#x4EA7;&#x751F;&#x77E5;&#x8BC6;&#x7684;&#x589E;&#x957F;&#x673A;&#x5236;&#x3002;&#x72EC;&#x7279;&#x7684;&#x8F74;&#x7A81;&#x62C9;&#x4F38;&#x751F;&#x957F;&#x8FC7;&#x7A0B;&#x662F;&#x5065;&#x58EE;&#x7684;&#x3001; &#x957F;&#x671F;&#x7684;&#x589E;&#x957F;&#xFF0C;&#x53EF;&#x80FD;&#x4F1A;&#x53D1;&#x73B0;&#x65B0;&#x7684;&#x9014;&#x5F84;&#xFF0C;&#x4EE5;&#x52A0;&#x901F;&#x795E;&#x7ECF;&#x4FEE;&#x590D;&#x3002;&#x5728;&#x8FD9;&#x91CC;&#xFF0C;&#x5B9E;&#x65F6;&#x6210;&#x50CF;&#x751F;&#x7269;&#x53CD;&#x5E94;&#x5668;&#x88AB;&#x5DE5;&#x7A0B;&#x5BC6;&#x5207;&#x63A2;&#x8BA8;&#x7EC6;&#x80DE;&#x4E8B;&#x4EF6;&#x53D1;&#x8D77;&#x7684;&#x5E94;&#x7528;&#x5F20;&#x529B;&#x3002;&#x62C9;&#x4F38;&#x7684;&#x589E;&#x957F;&#x6F5C;&#x529B;&#x4E4B;&#x95F4;&#x6210;&#x4EBA;&#x548C;&#x80DA;&#x80CE;&#x80CC;&#x6839;&#x795E;&#x7ECF;&#x8282; (DRG) &#x8FDB;&#x884C;&#x4E86;&#x8C03;&#x67E5;&#xFF0C;&#x5728;&#x795E;&#x7ECF;&#x4FEE;&#x590D;&#x4E2D;&#x7684;&#x4E00;&#x4E2A;&#x91CD;&#x8981;&#x533A;&#x522B;&#x3002;&#x80DA;&#x80CE;&#x795E;&#x7ECF;&#x8F74;&#x7A81;&#x6709;&#x80FD;&#x529B;&#x5355;&#x5411;&#x62C9;&#x4F38;&#x589E;&#x957F;&#x7387;&#x7684; 4? m m/d &#x548C;&#x53EF;&#x9760;&#x5730;&#x8FBE;&#x5230;&#x7684; 4 &#x5417;&#xFF1F; &#x5398;&#x7C73;&#x7684;&#x957F;&#x5EA6;&#x5728; 2 &#x5468;&#x5185;&#x3002;&#x6210;&#x4EBA;&#x795E;&#x7ECF;&#x8F74;&#x7A81;&#x53EA;&#x80FD;&#x6253; 2 &#x5417;&#xFF1F; m m/d &#x548C;&#x82B1;&#x8D39;&#x4E86; 3 &#x4E2A;&#x591A;&#x661F;&#x671F;&#x8FBE;&#x5230; 4&#xFF1F; &#x5398;&#x7C73;.&#x5229;&#x7528;&#x5EF6;&#x65F6;&#x6210;&#x50CF;&#xFF0C;&#x6211;&#x4EEC;&#x89C2;&#x5BDF;&#x5230;&#x751F;&#x957F;&#x9525;&#x52A8;&#x529B;&#x7684;&#x5F39;&#x529B;&#x589E;&#x957F;&#x4E0E;&#x534F;&#x8C03;&#x3002;&#x62C9;&#x4F38;&#x5F00;&#x59CB;&#xFF0C;&#x4E4B;&#x540E;&#x7ACB;&#x5373;&#x6536;&#x56DE;&#x4E86;&#x751F;&#x957F;&#x9525;&#x3002;&#x7136;&#x800C;&#xFF0C;&#x5728; 10 &#x5185;&#xFF1F; &#x8FDE;&#x7EED;&#x62C9;&#x4F38; h&#xFF0C;&#x751F;&#x957F;&#x9525;&#x5EF6;&#x957F; 0.2 &#x7684;&#x901F;&#x5EA6;&#x5417;&#xFF1F; m m/d &#x5E94;&#x7528;&#x5F20;&#x529B;&#xFF0C;&#x6709;&#x52A9;&#x4E8E;&#x6574;&#x4F53;&#x8F74;&#x7A81;&#x4F38;&#x957F;&#x7684;&#x65B9;&#x5411;&#x76F8;&#x53CD;&#x3002;&#x6211;&#x4EEC;&#x5206;&#x6790;&#x4E86;&#x7EBF;&#x7C92;&#x4F53;&#x5FEB;&#x901F;&#x8FD0;&#x8F93;&#x4E0B;&#x7684;&#x5E94;&#x53D8;&#xFF0C;&#x4EE5;&#x786E;&#x5B9A;&#x5BF9;&#x8F74;&#x7A81;&#x8FD0;&#x8F93;&#x62C9;&#x4F38;&#x7684;&#x5F71;&#x54CD;&#x8D8A;&#x6765;&#x8D8A;&#x5927;&#x3002;&#x8FD0;&#x8F93;&#x5F00;&#x59CB;&#x964D;&#x81F3; 24%&#x5E94;&#x53D8;&#xFF0C;&#x51E0;&#x4E4E;&#x5B8C;&#x5168;&#x662F;&#x5728; 39%&#x5E94;&#x53D8;&#x7F3A;&#x5E2D;&#x3002;&#x5947;&#x602A;&#x7684;&#x662F;&#xFF0C;&#x6062;&#x590D;&#x795E;&#x7ECF;&#x8F74;&#x7A81;&#x800C;&#x4E14;&#x80FD;&#x968F;&#x540E;&#x62C9;&#x4F38;&#x7684;&#x589E;&#x957F;&#x3002;&#x5F53;&#x5F20;&#x529B;&#x88AB;&#x5B8C;&#x5168;&#x91CA;&#x653E; (&#xFF1F; 5%&#x5E94;&#x53D8;&#xFF09;&#xFF0C;&#x79CD;&#x690D;&#x7684;&#x8F74;&#x7A81;&#x6536;&#x56DE;&#x5728;&#x62C9;&#x4F38;&#x7387;&#x8FBE; 6.1 &#x6982;&#x89C8;&#x7C73;/&#x79D2;&#x548C;&#x51CF;&#x6162;&#x9759;&#x606F;&#x5F20;&#x529B;&#x88AB;&#x8FD8;&#x539F;&#x3002;&#x8FD9;&#x79CD;&#x80FD;&#x529B;&#x8BC4;&#x4F30;&#x7684;&#x5B9E;&#x65F6;&#x8F74;&#x7A81;&#x62C9;&#x4F38;&#x751F;&#x957F;&#x8FC7;&#x7A0B;&#x5C06;&#x4F7F;&#x7D27;&#x5F20;&#x5C40;&#x52BF;&#x5982;&#x4F55;&#x53EF;&#x4EE5;&#x7528;&#x4E8E;&#x9A71;&#x52A8;&#x8F74;&#x7A81;&#x751F;&#x957F;&#x548C;&#x9000;&#x7F29;&#x7684;&#x8BE6;&#x7EC6;&#x7684;&#x7814;&#x7A76;&#x3002;

&#x4F4F;&#x5728;&#x80DA;&#x80CE;&#x548C;&#x6210;&#x4EBA;&#x7684;&#x795E;&#x7ECF;&#x5143;&#x8F74;&#x7A81;&#x5EF6;&#x4F38;&#x751F;&#x957F;&#x7684;&#x6210;&#x50CF;&#x3002;

Strategies for nervous system repair arise from knowledge of growth mechanisms via a growth cone. The distinctive process of axon stretch growth is a robust, long-term growth that may reveal new pathways to accelerate nerve repair. Here, a live imaging bioreactor was engineered to closely explore cellular events initiated by applied tension. The stretch growth potential between adult and embryonic dorsal root ganglion (DRG) neurons was investigated, an important difference in nerve repair. Embryonic axons were capable of unidirectional stretch growth rates of 4?mm/d and reliably reached 4?cm in length within 2 weeks. Adult axons could only reach 2?mm/d and took over 3 weeks to reach 4?cm. Utilizing time-lapse imaging, we observed growth cone motility in coordination with stretch growth. Upon initiation of stretching, growth cones retracted. However, within 10?h of continuous stretching, growth cones extended at a rate of 0.2?mm/d opposite the direction of applied tension, contributing to overall axon elongation. We analyzed fast mitochondrial transport under increasing levels of strain to determine the effect of stretch on axonal transport. Transport began to diminish at 24% strain, and was almost completely absent at 39% strain. Surprisingly, axons recovered and were capable of subsequent stretch growth. When tension was completely released (?5% strain), stretch grown axons retracted at rates up to 6.1??m/sec and slowed as resting tension was restored. This ability to assess the process of axon stretch growth in real time will allow detailed study of how tension can be used to drive axonal growth and retraction.

Live imaging of axon stretch growth in embryonic and adult neurons.

Strategien f&uuml;r das Nervensystem Reparatur ergeben sich aus Wissen &uuml;ber Wachstum &uuml;ber einen Wachstumskegel. Der unverwechselbare Axon Strecken Wachstum ist eine stabile, langfristige Wachstum, die neue Wege zu Nerven-Reparatur zu beschleunigen offenbaren kann. Hier war Leben bildgebenden Bioreaktor entwickelt, um eng zellul&auml;re Ereignisse initiiert durch angewandte Spannung zu erkunden. Das Strecke Wachstumspotenzial zwischen adulten und embryonalen Dorsal Root Ganglion (DRG) Neuronen wurde untersucht, ein wichtiger Unterschied bei Nerven-Reparatur. Embryonale Axone konnten unidirektionale Strecken Wachstumsraten von 4? mm/d und zuverl&auml;ssig erzielter 4? cm L&auml;nge innerhalb von 2 Wochen. Erwachsene Axone konnten nur 2 erreichen? mm/d und dauerte mehr als 3 Wochen 4 erreichen? cm. Potenziale Zeitraffer Bildgebung, beobachteten wir Wachstum Kegel Motilit&auml;t in Abstimmung mit den Strecken Wachstum. Bei der Einleitung von stretching widerrief Wachstum Zapfen. Jedoch innerhalb von 10? h der kontinuierlichen Dehnung, Wachstum Kegel erweitert mit einer Rate von 0,2? mm/d der Gegenrichtung der angewandten Spannung, einen Beitrag zur allgemeinen Axon Dehnung. Wir analysierten schnell mitochondriale Bef&ouml;rderung unter vermehrter Belastung, die Auswirkungen von Stretch auf axonale Transport bestimmen. Verkehr begann, bei 24 % Dehnung zu verringern, und war fast v&ouml;llig abwesend bei 39 % Dehnung. &Uuml;berraschenderweise Axone zur&uuml;ckgewonnen und nachfolgenden Strecken Wachstum f&auml;hig waren. Wann Spannung wurde vollst&auml;ndig ver&ouml;ffentlicht (? 5 % Dehnung), Strecke gewachsenen Axone am zur&uuml;ckgezogen Preise bis zu 6.1??m/Sek und verlangsamt, da die ruhelosigkeit Spannung wiederhergestellt wurde. Die M&ouml;glichkeit, den Prozess der Axon Strecken Wachstum in Echtzeit zu bewerten k&ouml;nnen detaillierte Studie wie Spannung Axonales Wachstum und Retraktion fahren verwendet werden kann.

Leben Sie Bildgebung der Axon Strecken Wachstum in embryonalen und adulten Nervenzellen.

Strategie per la riparazione del sistema nervoso derivano dalla conoscenza dei meccanismi di crescita tramite un cono di crescita. Il caratteristico processo di crescita stretch assone &egrave; una crescita robusta, a lungo termine che possa rivelare nuove vie per accelerare la riparazione dei nervi. Qui, un bioreattore imaging live &egrave; stato progettato per esplorare da vicino gli eventi cellulari avviati dalla tensione applicata. &Egrave; stata studiata il tratto crescita potenziale tra i neuroni del ganglio (DRG) spinali adulte ed embrionali, una differenza importante nella riparazione dei nervi. Assoni embrionali erano capaci di tassi di crescita di stiramento unidirezionale di 4? mm/d e 4 attendibilmente raggiunto? cm in lunghezza entro 2 settimane. Assoni adulti potevano raggiungere solo 2? mm/d e ha preso pi&ugrave; di 3 settimane per raggiungere 4? cm. uso Time-lapse imaging, abbiamo osservato motilit&agrave; cono crescita in coordinamento con elasticizzato crescita. All&#39;avvio di stretching, coni di crescita retratto. Tuttavia, all&#39;interno di 10? h di stretching continuo, coni di crescita estesa a una velocit&agrave; di 0,2? mm/d opposto alla direzione della tensione applicata, contribuire all&#39;allungamento globale assone. Abbiamo analizzato il trasporto veloce mitocondriale sotto aumentando i livelli di tensione per determinare l&#39;effetto del tratto sul trasporto assonale. Trasporto ha cominciato a diminuire al ceppo 24% e fu quasi completamente assente al ceppo del 39%. Sorprendentemente, assoni recuperati e sono capaci di crescere tratto successivo. Quando la tensione &egrave; stato completamente rilasciato (? 5% ceppo), tratto coltivati assoni retratto a tassi fino a 6.1??m/sec e rallentato come tensione di riposo fu restaurato. Questa capacit&agrave; di valutare il processo di crescita stretch assone in tempo reale permetter&agrave; uno studio dettagliato di come la tensione pu&ograve; essere utilizzato per guidare la crescita assonale e retrazione.

Live imaging del tratto crescita axon in neuroni embrionali e adulti.

&#x795E;&#x7D4C;&#x7CFB;&#x4FEE;&#x5FA9;&#x306E;&#x305F;&#x3081;&#x306E;&#x6226;&#x7565;&#x306F;&#x3001;&#x6210;&#x9577;&#x5186;&#x9310;&#x3092;&#x4ECB;&#x3057;&#x3066;&#x6210;&#x9577;&#x30E1;&#x30AB;&#x30CB;&#x30BA;&#x30E0;&#x306E;&#x77E5;&#x8B58;&#x304B;&#x3089;&#x751F;&#x3058;&#x3066;&#x3044;&#x308B;&#x3002;&#x8EF8;&#x7D22;&#x4F38;&#x9577;&#x306E;&#x6210;&#x9577;&#x306E;&#x7279;&#x5FB4;&#x7684;&#x306A;&#x30D7;&#x30ED;&#x30BB;&#x30B9;&#x306F;&#x3001;&#x795E;&#x7D4C;&#x306E;&#x4FEE;&#x5FA9;&#x3092;&#x52A0;&#x901F;&#x3059;&#x308B;&#x65B0;&#x305F;&#x306A;&#x7D4C;&#x8DEF;&#x3092;&#x660E;&#x3089;&#x304B;&#x306B;&#x3059;&#x308B;&#x304B;&#x3082;&#x3057;&#x308C;&#x306A;&#x3044;&#x5805;&#x7262;&#x306A;&#x3001;&#x9577;&#x671F;&#x7684;&#x306A;&#x6210;&#x9577;&#x3067;&#x3059;&#x3002;&#x3053;&#x3053;&#x3067;&#x306F;&#x3001;&#x30E9;&#x30A4;&#x30D6;&#x30A4;&#x30E1;&#x30FC;&#x30B8;&#x30F3;&#x30B0;&#x30D0;&#x30A4;&#x30AA;&#x30EA;&#x30A2;&#x30AF;&#x30BF;&#x30FC;&#x306F;&#x3001;&#x5BC6;&#x63A5;&#x306B;&#x304B;&#x304B;&#x308B;&#x5F35;&#x529B;&#x306B;&#x3088;&#x3063;&#x3066;&#x958B;&#x59CB;&#x3055;&#x308C;&#x305F;&#x643A;&#x5E2F;&#x96FB;&#x8A71;&#x306E;&#x30A4;&#x30D9;&#x30F3;&#x30C8;&#x3092;&#x63A2;&#x7D22;&#x3059;&#x308B;&#x3088;&#x3046;&#x306B;&#x8A2D;&#x8A08;&#x3055;&#x308C;&#x307E;&#x3057;&#x305F;&#x3002;&#x6210;&#x4EBA;&#x304A;&#x3088;&#x3073;&#x80DA;&#x80CC;&#x6839;&#x795E;&#x7D4C;&#x7BC0;&#xFF08;DRG&#xFF09;&#x30CB;&#x30E5;&#x30FC;&#x30ED;&#x30F3;&#x9593;&#x306E;&#x30B9;&#x30C8;&#x30EC;&#x30C3;&#x30C1;&#x6210;&#x9577;&#x306E;&#x53EF;&#x80FD;&#x6027;&#x306F;&#x3001;&#x795E;&#x7D4C;&#x306E;&#x4FEE;&#x5FA9;&#x306B;&#x91CD;&#x8981;&#x306A;&#x5DEE;&#x7570;&#x3092;&#x691C;&#x8A0E;&#x3057;&#x305F;&#x3002;&#x80DA;&#x8EF8;&#x7D22;&#x306F;4&#xFF1F;MM 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&#xC2E0; &#xC2DC;&#xC2A4;&#xD15C; &#xBCF5;&#xAD6C;&#xB97C; &#xC704;&#xD55C; &#xC804;&#xB7B5; &#xC131;&#xC7A5; &#xC6D0;&#xBFD4;&#xC744; &#xD1B5;&#xD574; &#xC9C0;&#xC2DD;&#xC758; &#xC131;&#xC7A5; &#xBA54;&#xCEE4;&#xB2C8;&#xC998;&#xC5D0;&#xC11C; &#xBC1C;&#xC0DD; &#xD55C;&#xB2E4;. &#xB3C5;&#xD2B9;&#xD55C; &#xCD95; &#xC0AD; &#xC2A4;&#xD2B8;&#xB808;&#xCE58; &#xC131;&#xC7A5; &#xACFC;&#xC815;&#xC774; &#xC2E0;&#xACBD; &#xC218;&#xB9AC;&#xB97C; &#xCD09;&#xC9C4; &#xD558;&#xAE30; &#xC704;&#xD574; &#xC0C8;&#xB85C;&#xC6B4; &#xACBD;&#xB85C; &#xB4DC;&#xB7EC;&#xB0BC; &#xC218; &#xC788;&#xB294; &#xAC15;&#xB825; &#xD558; &#xACE0; &#xC7A5;&#xAE30;&#xC801;&#xC778; &#xC131;&#xC7A5;&#xC785;&#xB2C8;&#xB2E4;. &#xC5EC;&#xAE30;, &#xB77C;&#xC774;&#xBE0C; &#xC774;&#xBBF8;&#xC9D5; bioreactor &#xBC00;&#xC811; &#xD558; &#xAC8C; &#xC801;&#xC6A9; &#xB41C; &#xAE34;&#xC7A5;&#xC5D0; &#xC758;&#xD574; &#xC2DC;&#xC791; &#xC140;&#xB8F0;&#xB7EC; &#xC774;&#xBCA4;&#xD2B8; &#xD0D0;&#xAD6C; &#xC124;&#xACC4; &#xB410;&#xB2E4;. &#xC2A4;&#xD2B8;&#xB808;&#xCE58; &#xC131;&#xC7A5; &#xC7A0;&#xC7AC;&#xB825; &#xC131;&#xC778; &#xBC0F; &#xBC30;&#xC544; &#xC9C0; &#xB8E8;&#xD2B8; &#xC2E0;&#xACBD; &#xC808; (DRG) &#xB274;&#xB7F0; &#xC0AC;&#xC774; &#xC870;&#xC0AC; &#xD558; &#xACE0;, &#xC2E0;&#xACBD; &#xC218;&#xB9AC;&#xC5D0; &#xC911;&#xC694; &#xD55C; &#xCC28;&#xC774;&#xC810;&#xC774; &#xC788;&#xC2B5;&#xB2C8;&#xB2E4;. &#xBC30;&#xC544; axons 4&#xC758; &#xB2E8;&#xBC29;&#xD5A5; &#xC2A4;&#xD2B8;&#xB808;&#xCE58; &#xC131;&#xC7A5; &#xC18D;&#xB3C4;&#xC758; &#xB2A5;&#xB825;&#xC744; &#xD588;&#xB2E4;? m m/d&#xC640; &#xC548;&#xC815;&#xC801;&#xC73C;&#xB85C; &#xB3C4;&#xB2EC;&#xB41C; 4? cm &#xAE38;&#xC774; 2 &#xC8FC; &#xC774;&#xB0B4;&#xC5D0;. &#xC131;&#xC778; &#xCD95; &#xC0AD;&#xB9CC; 2 &#xB3C4;&#xB2EC; &#xC218;? m m/d 3 &#xC8FC; &#xC774;&#xC0C1; 4&#xC5D0; &#xB3C4;&#xB2EC; &#xD588;&#xB2E4;? cm. Utilizing &#xC2DC;&#xAC04; &#xACBD;&#xACFC; &#xC601;&#xC0C1;, &#xC6B0;&#xB9AC; &#xC870;&#xC815; &#xC2A4;&#xD2B8;&#xB808;&#xCE58; &#xC131;&#xC7A5;&#xC5D0; &#xC131;&#xC7A5;&#xC744; &#xCF58; &#xC6B4;&#xB3D9; &#xC131; &#xAD00;&#xCC30;. &#xC2A4;&#xD2B8;&#xB808;&#xCE6D;&#xC758; &#xC2DC;&#xC791;, &#xC2DC; &#xC131;&#xC7A5; &#xC6D0;&#xBFD4; &#xCCA0;&#xD68C;. &#xADF8;&#xB7EC;&#xB098;, 10 &#xB0B4;? &#xC9C0;&#xC18D;&#xC801;&#xC778; &#xC2A4;&#xD2B8;&#xB808;&#xCE6D;&#xC758; h, &#xC131;&#xC7A5; &#xC6D0;&#xBFD4; 0.2 &#xC18D;&#xB3C4;&#xB85C; &#xD655;&#xC7A5;? &#xC804;&#xBC18;&#xC801;&#xC778; axon &#xC2E0;&#xC7A5;&#xC5D0; &#xAE30;&#xC5EC; &#xD558; &#xACE0; &#xC801;&#xC6A9; &#xB41C; &#xAE34;&#xC7A5;&#xC758; &#xBC29;&#xD5A5; &#xBC18;&#xB300; m m/d. &#xC6B0;&#xB9AC; &#xBE68;&#xB9AC; &#xBBF8;&#xD1A0; &#xCF58; &#xB4DC; &#xB9AC;&#xC544; &#xC804;&#xC1A1; axonal &#xC804;&#xC1A1;&#xC5D0; &#xC2A4;&#xD2B8;&#xB808;&#xCE6D;&#xC758; &#xD6A8;&#xACFC; &#xACB0;&#xC815; &#xD558;&#xB294; &#xAE34;&#xC7A5;&#xC758; &#xC218;&#xC900;&#xC744; &#xC99D;&#xAC00; &#xBD84;&#xC11D;. &#xC804;&#xC1A1; 24% &#xBD80;&#xB2F4;&#xC744; &#xCD95;&#xC18C; &#xD558;&#xAE30; &#xC2DC;&#xC791; &#xD588;&#xB2E4; &#xADF8;&#xB9AC;&#xACE0; &#xAC70;&#xC758; &#xC644;&#xC804;&#xD788; 39% &#xAE34;&#xC7A5;&#xC5D0; &#xACB0; &#xC11D;. &#xB180;&#xB78D;&#xAC8C;&#xB3C4;, axons &#xBCF5;&#xAD6C; &#xD558; &#xACE0; &#xD6C4;&#xC18D; &#xC2A4;&#xD2B8;&#xB808;&#xCE58; &#xC131;&#xC7A5; &#xAC00;&#xB2A5; &#xD588;&#xB2E4;. &#xAE34;&#xC7A5;&#xC744; &#xC644;&#xC804;&#xD788;&#xC73C;&#xB85C; &#xB098;&#xC654;&#xB2E4; (? 5% &#xBCC0;&#xD615;), &#xC2A4;&#xD2B8;&#xB808;&#xCE58; &#xC131;&#xC7A5;&#xB41C; &#xCD95; &#xC0AD;&#xC5D0;&#xC11C; &#xCCA0;&#xD68C; &#xC18D;&#xB3C4; &#xCD5C;&#xB300; 6.1??m/&#xCD08; &#xC26C;&#xACE0; &#xAE34;&#xC7A5; &#xB41C; &#xBCF5;&#xC6D0;&#xC73C;&#xB85C; &#xB454;&#xD654; &#xD558; &#xACE0;. &#xC2E4;&#xC2DC;&#xAC04;&#xC73C;&#xB85C; &#xCD95; &#xC0AD; &#xC2A4;&#xD2B8;&#xB808;&#xCE58; &#xC131;&#xC7A5; &#xACFC;&#xC815;&#xC744; &#xD3C9;&#xAC00; &#xD558;&#xB294;&#xC774; &#xAE30;&#xB2A5;&#xC740; axonal &#xC131;&#xC7A5;&#xACFC; &#xCCA0;&#xD68C; &#xC6B4;&#xC804; &#xAE34;&#xC7A5;&#xC744; &#xC0AC;&#xC6A9; &#xD558;&#xB294; &#xBC29;&#xBC95;&#xC758; &#xC790;&#xC138;&#xD55C; &#xC5F0;&#xAD6C;&#xB97C; &#xD5C8;&#xC6A9;&#xD560; &#xAC83; &#xC774;&#xB2E4;.

&#xBC30;&#xC544; &#xBC0F; &#xC131;&#xC778; &#xB274;&#xB7F0;&#xC5D0;&#xC11C; &#xCD95; &#xC0AD; &#xC2A4;&#xD2B8;&#xB808;&#xCE58; &#xC131;&#xC7A5; &#xC601;&#xC0C1; &#xB77C;&#xC774;&#xBE0C;.

Estrategias para la reparaci&#xF3;n del sistema nervioso surgen a partir del conocimiento de los mecanismos de crecimiento a trav&#xE9;s de un cono de crecimiento. El proceso de crecimiento distintivo tramo ax&#xF3;n es un robusto crecimiento a largo plazo y que puede descubrir nuevas v&#xED;as para acelerar la reparaci&#xF3;n del nervio. Aqu&#xED;, un biorreactor de im&#xE1;genes en vivo se ha dise&#xF1;ado para explorar de cerca los acontecimientos celulares iniciadas por la tensi&#xF3;n aplicada. El potencial de crecimiento se extienden entre el adulto y el ganglio de la ra&#xED;z dorsal de embriones (GRD), las neuronas se investig&#xF3;, una diferencia importante en la reparaci&#xF3;n del nervio. Axones embrionarias son capaces de estiramiento unidireccional tasas de crecimiento de 4? Mm / d&#xED;a y de forma fiable? Alcanz&#xF3; 4 cm de largo plazo de 2 semanas. Axones adultos s&#xF3;lo se pod&#xED;a llegar a 2? Mm / d, y tom&#xF3; m&#xE1;s de 3 semanas para llegar a 4? Cm. La utilizaci&#xF3;n de im&#xE1;genes a intervalos de tiempo, se observ&#xF3; la motilidad cono de crecimiento, en coordinaci&#xF3;n con el crecimiento de estiramiento. Al inicio de estiramiento, los conos de crecimiento retra&#xED;da. Sin embargo, dentro de 10? H de estiramiento continuo, conos de crecimiento extendido a una velocidad de 0,2? Mm / d opuesta a la direcci&#xF3;n de la tensi&#xF3;n aplicada, contribuyendo a la elongaci&#xF3;n ax&#xF3;n en general. Se analiz&#xF3; el transporte r&#xE1;pido mitocondrial bajo niveles crecientes de tensi&#xF3;n para determinar el efecto de estiramiento en el transporte axonal. Transporte comenz&#xF3; a disminuir en un 24% la tensi&#xF3;n, y estaba casi totalmente ausente en el 39% de deformaci&#xF3;n. Sorprendentemente, los axones se recuper&#xF3; y eran capaces de crecimiento tramo posterior. Cuando la tensi&#xF3;n se libera por completo (? Cepa 5%), extienden axones que crecen retra&#xED;dos a velocidades de hasta 6,1? M / seg y se desaceler&#xF3; en forma de tensi&#xF3;n en reposo fue restaurado. Esta capacidad de evaluar el proceso de crecimiento de los axones se extienden en tiempo real permitir&#xE1; el estudio detallado de c&#xF3;mo la tensi&#xF3;n se puede utilizar para impulsar el crecimiento axonal y la retracci&#xF3;n.

Joseph R. Loverde

Departments of Biomedical Engineering

New Jersey Institute of Technology

Axon Stretch Growth: The Mechanotransduction of Neuronal Growth

Joseph R. Loverde

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New Jersey Institute of Technology

Axon Stretch Growth: The Mechanotransduction of Neuronal Growth

Departments of Biomedical Engineering