Dokument: Einsatz von Biomatrizes zur Verbesserung der axonalen Regeneration nach chronischer Rückenmarkverletzung in der Ratte

Titel:Einsatz von Biomatrizes zur Verbesserung der axonalen Regeneration nach chronischer Rückenmarkverletzung in der Ratte
Weiterer Titel:Use of Biomatrices to Improve Axon Regeneration after Chronic Spinal Cord Injury in the Rat
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URN (NBN):urn:nbn:de:hbz:061-20100715-091247-1
Kollektion:Dissertationen
Sprache:Englisch
Dokumententyp:Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:Text
Autor: Estrada, Veronica [Autor]
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Dateien vom 13.07.2010 / geändert 13.07.2010
Beitragende:Prof. Dr. Müller, Hans Werner [Gutachter]
Prof. Dr. Willbold, Dieter [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:Bei der Entwicklung von Therapieansätzen zur Behandlung akuter Rückenmarkverletzung wurden in den letzten Jahren große Fortschritte erzielt. Jedoch ist die große Mehrheit der Patienten von den Folgen chronischer Verletzungszustände und ihren Folgen betroffen. Daraus resultiert die dringende Notwendigkeit der Entwicklung wirksamer Therapien zur Behandlung von chronischen Rückenmarkverletzungen. Behandlungsstrategien, die sich im Tierexperiment als wirksam nach akuter Verletzung erwiesen haben, sind für die Behandlung chronischer Verletzungen im Allgemeinen nicht ohne weitere Anpassungen übertragbar. Aufgrund von Veränderungen im chronischen Läsionsgebiet, wie z.B. der vollausgebildeten Läsionsnarbe, müssen unterschiedliche Anforderungen erfüllt werden. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, eine geeignete Matrixsubstanz zu finden, um die Kavität nach Resektion der chronischen Rückenmarkverletzungsnarbe zu überbrücken. Das Matrixmaterial sollte sich dabei sowohl auf Gewebeneubildung als auch auf axonale Regeneration förderlich auswirken. In der vorliegenden Arbeit werden drei Matrixsubstanzen charakterisiert und ihr Einfluss auf axonale Regeneration nach Anwendung in einem chronischen Hemisektionsmodell in der Ratte dargestellt. Die drei Substanzen – MatrigelTM (MG), Alginat-Hydrogel (ALG), und Polyethylenglykol 600 (PEG) – wurden bislang nie in reiner Form als Matrixsubstanzen im Zuge der Behandlung chronischer Rückenmarkverletzung eingesetzt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit durchgeführte immunhistologische Untersuchungen ergaben folgende Rangfolge der Matrizes bezüglich des Einwachsens von Axonen: PEG > ALG > MG. Das Einbringen von PEG in die Narbenresektionskavität bewirkte die Ausbildung einer wachstumsfördernden Gewebebrücke an der Läsionsstelle. Diese Wirkung lässt sich auf das Einwandern wachstumsunterstützender Schwannzellen und Astrozyten, auf eine vorteilhafte Revaskularisierung des Areals, sowie auf eine Verminderung schädlicher Ereignisse nach PEG-Applikation zurückführen. Die Ausbildung einer stabilen Gewebebrücke wurde weder durch Nichtbehandlung in Kontrolltieren, noch durch eine ALG-Matrix begünstigt. ALG-Behandlung führte zu einer fragilen Gewebestruktur an der Verletzungsstelle. Mangelnde Regeneration in die ALG-befüllte Resektionskavität im Zuge der vorliegenden Studie lässt sich mit dem Auftreten schädlicher Ereignisse an der Läsionsstelle, sowie einem Mangel an wachstumsunterstützenden Zellen (Schwannzellen) und Strukturen (Blutgefäße) erklären. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie deuten zudem die Fähigkeit chronisch verletzter Rückenmarkaxone an, nach Entfernung der inhibitorischen Läsionsnarbe in eine geeignete Matrix zu regenerieren. Als eine wirksame Substanz hat sich PEG herausgestellt, das, obwohl es selbst nicht die Eigenschaften einer Biomatrix besitzt, die Ausbildung einer solchen an der Implantationsstelle bewirken kann. Eine solche Matrix kann in zukünftigen Studien als Grundlage für weitere Kombinationen, z.B. mit Eisenchelatoren oder Wachstumsfaktoren, dienen, um die axonale Regeneration noch weiter zu verstärken. Obwohl eine viskose Flüssigkeit wie PEG 600 bislang nicht als Matrix für die Überbrückung einer Rückenmarkverletzung in Betracht gezogen wurde, zeigen die hier präsentierten Daten vielversprechende Ergebnisse nach PEG-Behandlung chronischer Rückenmarkverletzung. Aufgrund fehlender Leitstrukturen in dieser Matrix könnte die Notwendigkeit der Zugabe wachstumsfördernder Faktoren notwendig sein, um die zahlreichen Axone, die in der PEG-Matrix – und vereinzelt sogar im distalen Rückenmark - gefunden wurden, dazu anzuregen, in erhöhter Zahl ins kaudale Rückenmark einzuwachsen. Dort könnten funktionelle Verbindungen neu hergestellt werden, um letztendlich in lokomotorischer Erholung zu resultieren. Diese Aspekte sollen in zukünftigen Studien in Betracht gezogen werden.

Much progress has been made in the last years regarding the development of improved therapeutic approaches for the treatment of acute spinal cord injury (SCI). However, since the majority of patients suffer from a chronic injury condition, there is an increased need for effective therapies for chronic SCI patients. Treatments which may have proved effective after acute SCI, are generally not applicable in chronic SCI without further adaption. Due to a changed lesion environment, e.g., a fully developed lesion scar, different demands must be met. The focus of this study was on finding a suitable matrix which could be used to fill the cavity after chronic SCI scar removal. A beneficial matrix should not impede but rather promote general tissue repair and axonal regeneration. In this study characterization of three matrix materials and their influence on axonal regeneration after application in an experimental chronic hemisection SCI model in rat was presented. The three materials – MatrigelTM (MG), alginate hydrogel (ALG), and polyethylene glycol 600 (PEG) - have not previously been used as sole matrix substances in chronic SCI. In the present study, immunohistological analysis revealed the following ranking of matrices with respect to axon profile density and profile numbers after insertion into a chronic SCI scar resection cavity: PEG > ALG > MG. Application of PEG into a chronic SCI scar resection site was found to exert beneficial effects via promotion of the formation of a tissue bridge at the site of application in the spinal cord. This growth-promotional effect is attributed to an extensive invasion of PEG-matrix with growth-supporting Schwann cells and astrocytes, to a beneficial re-vascularization, and to a diminished occurrence of deleterious events after PEG-filling of the resection cavity. The formation of a stable tissue bridge was not possible in control-lesioned and in ALG-treated animals, which resulted in a very fragile structure of the lesion area. Deleterious events at the site of injury as well as lack of growth-supporting cells (Schwann cells) and structures (blood vessels) are accounted for the lack of regeneration into the ALG-matrix. The results further indicate the potential of chronically injured spinal cord axons to spontaneously regenerate into a suitable matrix implanted into a cavity resulting from removal of the inhibitory lesion scar. PEG proved to be an effective material, which, although it does generally not exhibit the features of a biomatrix, is able to promote biomatrix formation at the site of implantation. In future studies, such a beneficial matrix can be used as a basis for further combinations, e.g., with chelators or growth factors, to further improve axonal regeneration. Although a viscous fluid, such as PEG 600, has never been considered as a basis for bridging a spinal cord injury, the present data show promising results after its application in chronic SCI. Due to lack of guiding structures within the matrix, addition of growth-promoting factors may be required to eventually further achieve directed growth of the numerous axons in the lesion area of PEG-treated animals into the distal spinal cord, where they could make functional reconnections resulting in locomotor recovery. These aspects will be taken into consideration for future studies.
Fachbereich / Einrichtung:Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie » Neurobiologie
Dokument erstellt am:15.07.2010
Dateien geändert am:13.07.2010
Promotionsantrag am:28.04.2010
Datum der Promotion:16.06.2010
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