Dokument: Axonal Regeneration in Biohybrid Nerve Guidance Channels following Implantation into Rat Spinal Cord

Titel:Axonal Regeneration in Biohybrid Nerve Guidance Channels following Implantation into Rat Spinal Cord
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URN (NBN):urn:nbn:de:hbz:061-20070403-154821-0
Kollektion:Dissertationen
Sprache:Englisch
Dokumententyp:Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:Text
Autor: Schulte-Eversum, Caterina [Autor]
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Dateien vom 27.03.2007 / geändert 27.03.2007
Beitragende:Prof. Dr. Müller, Hans Werner [Gutachter]
Prof. Dr. Reifenberger, Guido [Gutachter]
Stichwörter:axonal regeneration; rat spinal cord; Schwann cell; guidance channel
Dewey Dezimal-Klassifikation:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit
Beschreibungen:Die Implantation von Leitkanälen zur Verbesserung der Nervenregeneration in der Rückenmarksforschung gewinnt zunehmend an Wichtigkeit. Die nachwachsenden Nervenfasern sollen auf diese Weise, von Leitkanälen geführt, gerichtet aussprossen. Nervenläsionen können so überbrückt und rares peripheres Nervenmaterial eingespart werden. In den bisherigen ZNS Regenerationsstudien zeigte die alleinige Nutzung von Leitkanälen keine kongruenten Ergebnisse. Gleiches gilt für die singuläre Anwendung anderer regenerationsfördernder Therapien. Es hat den Anschein, dass eine Kombination verschiedener Strategien zur Promotion regenerativen Nervenwachstums im ZNS eine ausschlaggebende Rolle spielt.
Das Ziel dieser Arbeit war die Etablierung eines neuen Kombinationsmodels. Das verwendete Rattenmodel sah eine, sowohl schnitt- als auch aspirationsinduzierte, Form der Rückenmarksläsion mit nachfolgender Läsionsüberbrückung mittels eines Leitkanals vor. Die Leitschiene besteht aus einem neuartigen, biodegradierbaren Material und ist mit einer Mischung aus Matrigel® und Schwannzellen gefüllt. Die in der Leitschiene vorhandenen Microporen dienen sowohl zur Orientierung der regenerierenden Axone als auch zur Sicherung der Zellernährung, und hemmen zusätzlich die Migration unerwünschter Zellen aus der Umgebung in den Leitkanal. Die im Leitkanal implantierten Schwannzellen können ebenfalls als Leitstrukturen dienen. Sie orientieren sich in Längsrichtung und bilden Büngnersche Bänder. Zusätzlich sezernieren sie kontinuierlich neurotrophe Faktoren, die das Faserwachstum stimulieren. Die in unserem Labor verwendete Behandlung zur Hemmung der Narbenbildung wurde an beide Läsionsgrenzen eingebracht, um das Einsprossen der Schwannzellen in die Rückenmarkstümpfe zu ermöglichen. Die implantierten und mit eGFP markierten Schwannzellen überleben die Transplantation und fördern axonale Regeneration, wobei sich eine Nervenfaserneubildung in direkter Nachbarschaft zu den implantierten Schwannzellen zeigt. Die Fasern wachsen in die Leitschiene ein. Auswachsen jedoch konnte bisher nicht beobachtet werden. Um die implantierten Leitschienen bildet sich eine „kappenartige“ Collagen IV positive Narbe. Implantierte Schwannzellen scheinen keinen Einfluß auf die Vernarbung zu haben. Das applizierte AST erscheint insuffizient zur Schaffung eines adäquaten Zeitfensters, welches eine Nervenfaserregeneration über die Leitschiene hinaus zuließe. Die Degradation der Polymer-Leitschiene im Rückenmark wurde über 6 Monate mikroskopisch verfolgt. Drei Monaten post Implantation sind morphologische Veränderungen sichtbar, und auch nach sechs Monaten können noch Polymerreste im Rattenrückenmark nachgewiesen werden.
Die vorliegende Studie zeigt die positiven Wachstumseigenschaften der verwendeten Nervenleitschienen sowie der implantierten Schwannzellen und unterstreicht die Notwendigkeit kombinierter Therapieansätze zur Behandlung traumatischer ZNS-Läsionen unter Berücksichtigung der Hemmung fibröser Narbenbildung.

The implantation of guidance channels becomes more and more important in spinal cord injury research. Guidance channels are supposed to serve as scaffolds to facilitate nerve regrowth by guiding the regrowing fibres. Lesion cavities can be overcome, the rare peripheral nerve material can be spared. In CNS implantation studies, the application of guidance channels alone, however, did not present good results. As today it is widely accepted that the application of only one of the diverse regeneration promoting strategies following SCI does not lead to functionally relevant long-distance axonal regeneration along former pathways, combination approaches seem crucial.
The objective of the current study was the establishment of a combination model bridging a partial cut and aspiration lesion in rat spinal cord tissue. A novel biodegradable polymer guidance channel filled with a Matrigel ® / Schwann cell mixture was implanted to bridge the newly formed gap. The AST developed in our laboratory was additionally administered at both host tissue/tube interface areas to suppress fibrous scarring and thus facilitate re-entrance of regeneration axons into the host tissue.
The implanted eGFP labelled Schwann cells survive the transplantation. Schwann cells enhance axonal regeneration, whereby fibres appear to be in close proximity to transplanted SCs. Fibres were seen to enter the guidance channels. Fibre re-entrance into the host tissue has not been proven, though. It can be stated that a “cap-like” collagen IV immunopositive scar develops around the implanted channels. Schwann cell implantation does not seem to influence the scar development. The AST as applied in this study probably is insufficient to create a Collagen IV-free time window facilitating axonal regeneration. Tracing studies have not been successful yet. The exact time range for polymer degradation can only be speculated on. At 3 months, changes in morphology are visible, at 6 months, however, there is still tube material found within spinal cord tissue.

In future studies, application of the AST has to be modified and proven to be efficient in order to be on better ground for evaluation of regenerating axons in MG/SC and AST groups. A prolonged application form of BPY-DCA to retain the chelator at the lesion site would be interesting. Only a double-staining for PAM/Coll IV would confirm regeneration facilitation by reduction of the fibrous scar. The establishment of a PAM/eGFP double-staining is inevitable to verify a suspected co-localization of regenerating fibres with implanted Schwann cells. Immunostainings for neurotransmitters or tracing studies are necessary to identify the fibres´ origin and to visualize potentially host tissue re-entering fibres.
Fachbereich / Einrichtung:Medizinische Fakultät
Dokument erstellt am:27.03.2007
Dateien geändert am:27.03.2007
Promotionsantrag am:17.10.2006
Datum der Promotion:16.03.2007
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