Dokument: Combining a mechanical micro-connector device and human umbilical cord blood stem cells to enhance functional improvement after complete spinal cord injury
| Titel: | Combining a mechanical micro-connector device and human umbilical cord blood stem cells to enhance functional improvement after complete spinal cord injury | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=43395 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20170907-111310-3 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Kehl, Theresa Sophie [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Univ.-Prof. Dr. Müller, Hans Werner [Gutachter] Prof. Dr. med. Cornelius, Jan Frederick [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit | |||||||
| Beschreibungen: | Hintergrund: Eine Schädigung des Rückenmarks (RM) führt distal der Verletzung zu einer teilweisen oder vollständigen Lähmung, häufig begleitet mit einem Verlust an Empfindungen. Die Pathophysiologie nach RM-Verletzungen ist multifaktoriell und verläuft in mehreren Phasen. In aktuellen Behandlungskonzepten soll diese Tatsache durch die Kombination verschiedener Behandlungsansätze berücksichtigt werden. In vorausgegangen Studien unserer Arbeitsgruppe wurde ein mechanisches Mikrokonnektorsystem (mMS) etabliert, das im Ratten-Modell nach kompletter Transektion des thorakalen RM die Annäherung der spinalen Gewebestümpfe bewirkt und zudem über ein internes Kanalsystem die Versorgung mit Therapeutika lokal im Läsionszentrum über einen längeren Zeitraum gewährleistet. Zusätzlich konnte in unserer Arbeitsgruppe gezeigt werden, dass die Transplantation von aus humanem Nabelschnurblut gewonnenen Stammzellen, die auch als “unrestricted somatic stem cells” (USSC) bezeichnet werden, sowohl die axonale Regeneration, als auch die allgemeine, motorische Funktion verbessern.
Ziel: Das Ziel dieser Arbeit war im Ratten-Modell nach kompletter Transektion des thorakalen RM die Effekte einer kombinierten Behandlung mit mMS und USSC im Vergleich zu Einzelbehandlungen sowohl hinsichtlich der funktionellen motorischen Ergebnisse als auch mit immunhistochemischen Methoden im Verlauf zu untersuchen. Methoden & Ergebnisse: Zur Prüfung der Hypothese, dass eine Kombinationstherapie den Einzelbehandlungen überlegen ist, wurden 60 mit Cyclosporin A immunsupprimierte Ratten einer kompletten mikrochirurgischen Transektion des thorakalen RM unterzogen. In der gleichen Operation fanden die anschließenden therapeutische Behandlungen statt. Es wurden 4 Gruppen à 15 Tiere gebildet: A) Kombinationstherapie (mMS + USSC), B) Monotherapie 1 (mMS + Kontrollmedium DMEM), C) Monotherapie 2 (USSC) und D) Kontrolle (DMEM). Zur Evaluierung der funktionellen Erholung wurden die Tiere in einem Intervall von 2 Wochen mit dem modifizierten Offenfeld-Lokomotionstest nach Basso, Beattie und Bresnahan über einen Zeitraum von 16 Wochen untersucht. Danach erfolgten verschiedene immunhistochemische (IHC) Färbungen zur Beurteilung von Gewebeerhalt, Gefäßeinsprossung und axonalem Regenerationverhalten. Mittels IHC ließ sich hier erstmals zeigen, dass USSC zielgerichtet in das Lumen des mMS migrieren. Die kombiniert behandelten Tiere der Gruppe A) zeigten die geringste Bildung von Zysten, ein vermehrtes Einsprossen von Blutgefäßen in das Lumen des mMS und die beste axonale Regeneration, teilweise mit erneuerter Myelinisierung. Darüber hinaus zeigte die kombiniert behandelte Tiere der Gruppe A) die besten funktionalen Fähigkeiten mit einer signifikanten Verbesserungen der allgemeinen Lokomotion. Zusammenfassung & Ausblick: Im Rattenmodell einer RM-Verletzung konnte in dieser Arbeit die Überlegenheit einer kombinierten Behandlung mit mMS und USSC gezeigt werden. Im Hinblick auf einen möglichen klinischen Einsatz dieser Behandlungsprinzipien wären weitere Modifikationen vorstellbar, wie beispielsweise die Applikation zusätzlicher Therapeutika über das interne Kanalsystem oder ein biologisch abbaubares mMS. Interessant wären auch die Ergebnisse von mMS Implantationen nach Resektion des Narbengewebes im Modell einer chronischen RM-Verletzung.Background: A spinal cord injury (SCI) leads to partial or complete paralysis and loss of sensory input below the level of injury. The pathophysiology of SCI is multifactorial and multiphasic and, therefore, it is likely that effective treatments will require combinations of different strategies. Previously, we used a mechanical Microconnector System (mMS) composed of polymethylmethacrylate, which was developed to reconnect transected spinal cord stumps: It holds the availability of drug application by a system of internal micro-channels. In another study we provided evidence that transplantation of unrestricted somatic stem cells (USSC) from human umbilical cord blood significantly improves axonal regeneration and functional improvement. Purpose: The aim of the study was to modify the therapeutic approaches and to determine whether the combination therapy is superior to the individual therapies. Methods & Results: To test the hypothesis that the combination therapy is superior to the individual therapies, immunosuppressed rats (n=60) received a complete spinal cord transection (TX) at level Th8. Immediately after SCI, the therapies were performed in the following therapeutic groups à 15 animals: A) combination therapy (mMS + USSC), B) mono therapy 1 (mMS + control medium (DMEM)), C) mono therapy 2 (USSC) and D) control (DMEM). Over a period of 16 weeks, hindlimb function was evaluated biweekly in an open field test using a modified Basso, Beattie, Bresnahan Locomotor Rating Scale (mBBB). To further investigate tissue preservation, revascularization, and axonal regeneration, various immunohistochemical stainings (IHC) were performed.Immunohistochemical staining revealed for the first time that USSC migrate into the lumen of the mMS. Decreased cavity formation, numerous blood vessels into the mMS lumen and enhanced axonal regeneration were observed in animals receiving the combination therapy. Combined treated animals (A) performed significantly and consistently better in the open field test. Conclusion & Perspectives: The combination of the individually effective approaches (mMS, USSC) in a severe spinal cord injury model resulted in locomotor improvement that is superior to the individual treatments. Regarding potential clinical trials, further modifications such as the application of therapeutic drugs through the system of internal micro-channels, as well as a biodegradable mMS are conceivable. It will be exciting to implant the mMS in a chronic model of SCI after resection of the fibrotic tissue. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Medizinische Fakultät | |||||||
| Dokument erstellt am: | 07.09.2017 | |||||||
| Dateien geändert am: | 07.09.2017 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 05.01.2017 | |||||||
| Datum der Promotion: | 05.09.2017 |
