Name: experimental strategies to bridge large tissue gaps in the injured spinal cord after acute and chronic lesion
Uploaded: 2016-04-05T16:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Experimental Strategies to Bridge Large Tissue Gaps in the Injured Spinal Cord after Acute and Chronic Lesion at JoVE.com

German Legal Casualty Insurance (DGUV), Research Commission of the Medical Faculty of the Heinrich-Heine-University

Institutionella riktlinjer för djur säkerhet och komfort iakttogs, och alla kirurgiska ingrepp och pre- och postoperativ djurvård lämnades i enlighet med den tyska djurskyddslagen (State Office, miljö- och konsumentskydd Nordrhein-Westfalen, LANUV NRW ). 1. Fullständig transection av Thoracic ryggmärg från Wistar råttor av honkön (220 - 250 g) <ol><li> Framställning av ryggmärgen <ol><li> Använd isofluran inhalationsanestesi (2 - 3% av isofluran i O 2 / NO 2 ...

<ol>
	<li>Ramer, L. M., Ramer, M. S., Bradbury, E. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Restoring+function+after+spinal+cord+injury:+towards+clinical+translation+of+experimental+strategies.">Restoring function after spinal cord injury: towards clinical translation of experimental strategies.</a> The Lancet. Neurology. 13 (12), 1241-1256 (2014).</li><li>McDonald, J. W., Howard, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Repairing+the+damaged+spinal+cord:+a+summary+of+our+early+success+with+embryonic+stem+cell+transplantation+and+remyelination.">Repairing the damaged spinal cord: a summary of our early success with embryonic stem cell transplantation and remyelination.</a> Prog. Brain Res. 137, 299-309 (2002).</li><li>Yoon, S. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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.">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.</a> Stem Cells. 25 (8), 2066-2073 (2007).</li><li>Brotchi, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intrinsic+spinal+cord+tumor+resection.">Intrinsic spinal cord tumor resection.</a> Neurosurgery. 50 (5), 1059-1063 (2002).</li><li>Estrada, V., Tekinay, A., Muller, H. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+ECM+mimetics.">Neural ECM mimetics.</a> Prog. Brain Res. 214, 391-413 (2014).</li><li>Tetzlaff, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Systematic+Review+of+Cellular+Transplantation+Therapies+for+Spinal+Cord+Injury.">A Systematic Review of Cellular Transplantation Therapies for Spinal Cord Injury.</a> J.Neurotrauma. 28 (8), 1611-1682 (2010).</li><li>Brazda, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+mechanical+microconnector+system+for+restoration+of+tissue+continuity+and+long-term+drug+application+into+the+injured+spinal+cord.">A mechanical microconnector system for restoration of tissue continuity and long-term drug application into the injured spinal cord.</a> Biomaterials. 34 (38), 10056-10064 (2013).</li><li>Estrada, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-lasting+significant+functional+improvement+in+chronic+severe+spinal+cord+injury+following+scar+resection+and+polyethylene+glycol+implantation.">Long-lasting significant functional improvement in chronic severe spinal cord injury following scar resection and polyethylene glycol implantation.</a> Neurobiol. Dis. 67, 165-179 (2014).</li><li>Rasouli, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Resection+of+glial+scar+following+spinal+cord+injury.">Resection of glial scar following spinal cord injury.</a> J.Orthop.Res. 27 (7), 931-936 (2009).</li><li>Schira, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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.">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.</a> Brain. 135, 431-446 (2011).</li></ol>

Här två olika kirurgiska metoder presenteras för att överbrygga vävnads luckor i ryggmärgen efter (1) akut komplett transection och MMS implantation och (2) kronisk ryggmärgsskada och fibrösa ärr avlägsnande plus PEG matris implantation. Båda strategierna leda till vävnadsskador konservering och axonal återbildning såväl som till betydande rörelse funktionell förbättring av de behandlade djuren. MMS implantation en tillräcklig fixering av mms i ryggmärgen som företaget dura sutur efter operationen ?...

En traumatisk skada på ryggmärgen leder inte bara till förlust av axoner, men det resulterar vidare i vävnadsdefekter som hindrar eventuella regenerativa svar (för granskning se 1,2). Ryggmärgsvävnad ofta förloras genom sekundär degeneration som leder till cystbildning eller hål i och runt skadade området. De flesta experimentella terapeutiska ingrepp fokuserar på ofullständiga ryggmärgsskador som partiell transektion, krossa eller kontusion skador med en återstående kant av frisk vävnad. För fullständiga skador som totalt transections till följd av traumatiska olyckor eller kirurgiska ingrepp, såsom tumör resektioner, endast mycket begränsade behandlingsalternativ finns idag 3,4. Efter fullständig transektion, mekaniker spänning av vävnadsresulterar i spinal stubbe tillbakadragning, vilket lämnar en liten lucka i ryggmärgen. De flesta strategier fokuserar på att fylla detta gap med vävnad, celler eller matriser 5,6. Här, en annan strategipresenteras, nämligen åter anpassning av de separerade stubbar med hjälp av en ny microconnector anordning 7. I syfte att readapt de två stubbar, har mekanisk kraft att appliceras som ett något negativt tryck för att åstadkomma detta (fig 1). Det mekaniska microconnector System (MMS) är ett flerkanaligt system av polymetylmetakrylat (PMMA) med honeycomb-formade hålen (Figur 1A) och försedd med en utloppsslangsystemet. Det är implanteras i vävnaden gapet till följd av fullständig ryggmärgstran hos råtta (Figur 1C). Ett rör kan anslutas till en vakuumpump för att applicera negativt tryck till MMS (figur 1D). Trycket drar kopplade ryggmärgs stubbar i Honeycomb formade hål MMS, som har mikrostrukturerade väggar för att hålla vävnaden på plats när trycket släpps (Figur 1B). Slangen kan lämnas intakta efter kirurgi och fäst vid en osmotisk minipump föratt infundera ämnen in i lesionen kärna (Figur 1E-F). Förutom en akut tran av ryggmärgen annan typ av total lesion resultat från kirurgiskt avlägsnande av en spinal tumör eller en fast kronisk skada ärr som leder till stora vävnads luckor av flera millimeter, som inte kan övervinnas genom MMS hittills. Majoriteten av patienter med ryggmärgstrauma lider av kroniska skador. Hos dessa patienter, upptar en fullt utvecklad ärr lesionen kärna. Kirurgiskt avlägsnande av lesionen ärr är ett koncept för behandling som för närvarande undersöks efter experimentell SCI 8,9. Medan förfarandet resektion själv kan utföras utan att orsaka avsevärd ytterligare skador, måste den resulterande vävnadsgapet som skall överbryggas med en lämplig matris som möjliggör och främjar regenerering av vävnad och, i det specifika fallet med ryggmärgsskador, regenerering av nervfibrer att upprätthålla och främja rörelseapparaten fungerar. Det varfunnit att vikt polyetylenglykol med låg molekyl (PEG 600) är ett mycket lämpligt material för detta ändamål. Dess brist på immunogenicitet och mycket låg viskositet tillåter smidig integration i den omgivande vävnaden. Insättning av biopolymer enbart främjar invasion av nyttiga celler, inklusive endotelceller, perifera Schwann celler och astrocyter och - mycket viktigt - förnyelse och förlängning av axoner av fallande och stigande fiber skrifter samt deras ensheathment genom kompakt myelin 8. Dessa regenerativa svar befanns åtföljas av långvariga funktionella förbättringar. Kombinationen av resektion av ärrvävnad och efterföljande implantation av PEG 600 presenterar ett säkert och enkelt, men mycket effektivt sätt att överbrygga betydande ryggmärgen vävnadsdefekter.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="573">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">PEG 600 Ph Eur&#160;</td>
			<td style="width:71px;">Merck/VWR&#160;</td>
			<td align="right" style="width:119px;">8,170,041,000</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Gelastypt gelatine sponge&#160;&#160;</td>
			<td>sanofi Aventis</td>
			<td>PZN-8789582</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Nescofilm Sealant&#160;</td>
			<td>Roth</td>
			<td>2569.1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Baytril</td>
			<td>Bayer</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Rimadyl (Carpofen)</td>
			<td>Pfizer</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Forene (Isoflurane)</td>
			<td>Abbvie</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Kodan (skin disinfectant)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Histoacryl (tissue glue)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Friedman-Pearson Rongeur, 1 mm cup, straight&#160;</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>16020-14</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Two-in-one Micro Spatula - 12 cm&#160;</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>10091-12</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Dumont #7 Forceps - Inox Medical&#160;</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>11273-20</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Dumont #5/45 Forceps - Inox Medical&#160;</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>11253-25</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Spinal cord hook&#160;</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>10162-12</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Scissors&#160;</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>14078-10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Clamp&#160;</td>
			<td>Aesculap</td>
			<td>EA016R</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Ethicon Vicryl 4-0</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Bepanthen Augen- und Nasensalbe</td>
			<td>Bayer</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Anatomical forceps&#160;</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>11000-13</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Self-retaining retractor&#160;</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>17008-07</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Skin clamp&#160;</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>13008-12</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Aluspray&#160;</td>
			<td>Selectavet</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

experimental strategies to bridge large tissue gaps in the injured spinal cord after acute and chronic lesion

Efter en ryggmärgsskada (SCI) ett ärr bildas i lesionen kärna som hindrar axonal återbildning. Att överbrygga skadeplatsen efter en förolämpning mot ryggmärgen, tumör resektioner eller vävnadsdefekter till följd av traumatiska olyckor kan hjälpa till att underlätta generell vävnadsreparation liksom regenerativ tillväxt av nervfibrer i och utanför det drabbade området. Två experimentella behandlingsstrategier presenteras: (1) implantation av en ny microconnector enhet till en akut och helt transected bröst råtta ryggmärgen att readapt avskurna ryggmärgsvävnad stubbar, och (2) polyetylenglykol fyllning av SCI plats i kroniskt skadade råttor efter ärr resektion. Den kroniska ryggmärgsskada i denna modell är en komplett ryggmärgstran som tillfogades 5 veckor före behandling. Båda metoderna har nyligen uppnått mycket lovande resultat och främjat axonal återväxt, välgörande cellulär invasion och funktionella förbättringari gnagarmodeller av ryggmärgsskada. Det mekaniska microconnector System (MMS) är ett flerkanaligt system bestående av polymetylmetakrylat (PMMA) med en utloppsslangsystemet att applicera negativt tryck till MMS lumen därigenom dra ryggmärgsstumpar in i honeycomb-strukturerade hål. Efter dess implantation i ett mm vävnadsgapet vävnaden sugs in i anordningen. Dessutom är de inre väggarna i MMS mikro för bättre vidhäftning vävnad. I fallet med den kroniska ryggmärgsskada tillvägagångssätt, ryggmärgsvävnad - inklusive det ärr-fyllda skadade området - är resekterades över ett område på 4 mm i längd. Efter det mikrokirurgiska ärr resektion den resulterande kaviteten fylls med polyetylenglykol (PEG 600), som visat sig ge en utmärkt substrat för cellulär invasion, revaskularisering, axonal återbildning och även kompakt remyelinisering in vivo.

Tissue Preservation, axonal återväxt och funktionell nytta MMS implantation efter akut Komplett transection av ryggmärgen Det är visat att den akuta implantation av MMS stabiliserade helt avskurna ryggmärgen stubbar och minskad krympning av vävnad (Figur 2A kontra B). Som visualiseras genom trikromfläckning i sagittala sektioner är den gröna bindväv färgning av fibrotisk ärr i lesionen kärna mycket tätare oc...

Watch this Scientific Journal Video about Experimental Strategies to Bridge Large Tissue Gaps in the Injured Spinal Cord after Acute and Chronic Lesion at JoVE.com

Experimental Strategies to Bridge Large Tissue Gaps in the Injured Spinal Cord after Acute and Chronic Lesion

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.

Experimentella strategier för att Bro Stora vävnads Luckor i skadade ryggmärgen efter akut och kronisk lesion

After a spinal cord injury (SCI) a scar forms in the lesion core which hinders axonal regeneration. Bridging the site of injury after an insult to the ...

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Dissection and Culture of Commissural Neurons from Embryonic Spinal Cord

Dissektion och kultur commissural neuroner från embryonala ryggmärg

Commissural neurons have been widely used to investigate the mechanisms underlying axon guidance during embryonic spinal cord development. The cell bodies ...

Spinal Cord Electrophysiology II: Extracellular Suction Electrode Fabrication

Ryggmärgen Elektrofysiologi II: Extracellulär Sug elektrod Fabrication

Development of neural circuitries and locomotion can be studied using neonatal rodent spinal cord central pattern generator (CPG) behavior. We demonstrate ...

Spinal Cord Transection in the Larval Zebrafish

Spinal Cord transection i Larvernas Zebrafish

Mammals fail in sensory and motor recovery following spinal cord injury due to lack of axonal regrowth below the level of injury as well as an inability ...

An Ex Vivo Laser-induced Spinal Cord Injury Model to Assess Mechanisms of Axonal Degeneration in Real-time

An Ex Vivo Laser-induced Spinal Cord Injury Model to Assess Mechanisms of Axonal Degeneration in Real-time

En<em&gt; Ex vivo</em&gt; Laser-inducerad ryggmärgsskada modell för bedömning Mekanismer axonal degeneration i realtid

Injured CNS axons fail to regenerate and often retract away from the injury site. Axons spared from the initial injury may later undergo secondary axonal ...

Experimental Demyelination and Remyelination of Murine Spinal Cord by Focal Injection of Lysolecithin

Experimentell Demyelinisering och remyelinisering av murina ryggmärgs genom Focal Injektion av Lysolecitin

Multiple sclerosis is an inflammatory demyelinating disease of the central nervous system characterized by plaque formation containing lost ...

Imaging Neural Activity in the Primary Somatosensory Cortex Using Thy1-GCaMP6s Transgenic Mice

Imaging Neural Activity in the Primary Somatosensory Cortex Using Thy1-GCaMP6s Transgenic Mice

Imaging Neural aktivitet i den primära somatosensoriska Cortex med Thy1-GCaMP6s transgena möss

The mammalian brain exhibits marked symmetry across the sagittal plane. However, detailed description of neural dynamics in symmetric brain regions in ...

Novel Passive Clearing Methods for the Rapid Production of Optical Transparency in Whole CNS Tissue

Romanen passiv Clearing metoder för snabb produktion av optisk transparens i hela CNS-vävnaden

Since the development of CLARITY, a bioelectrochemical clearing technique that allows for three-dimensional phenotype mapping within transparent tissues, ...

Laminectomy and Spinal Cord Window Implantation in the Mouse

Implantation av laminektomi och Ryggmärgs fönster i musen

This protocol describes a method for spinal cord laminectomy and glass window implantation for in vivo imaging of the mouse spinal cord. An integrated ...

Preparation of Acute Spinal Cord Slices for Whole-cell Patch-clamp Recording in Substantia Gelatinosa Neurons

Beredning av akut ryggmärgen skivor för hela-cell Patch-clamp inspelning i Substantia Gelatinosa nervceller

Recent whole-cell patch-clamp studies from substantia gelatinosa (SG) neurons have provided a large body of information about the spinal mechanisms ...

Activity-based Training on a Treadmill with Spinal Cord Injured Wistar Rats

Activity based träning på ett löpband med ryggmärgen skadas Wistar råttor

Spinal cord injury (SCI) results in lasting deficits that include both mobility and a multitude of autonomic-related dysfunctions. Locomotor training (LT) ...