Dokument: Ein mechanischer Mikrokonnektor zur Förderung der Regeneration nach Rückenmarkverletzung: Elektrophysiologische Analyse des therapeutischen Effekts und kombinatorische Chondroitinase ABC Behandlung

Titel:	Ein mechanischer Mikrokonnektor zur Förderung der Regeneration nach Rückenmarkverletzung: Elektrophysiologische Analyse des therapeutischen Effekts und kombinatorische Chondroitinase ABC Behandlung
Weiterer Titel:	A mechanical microconnector to promote regeneration after spinal cord injury: electrophysiological analysis of the therapeutic effect and combinatorial chondroitinase ABC treatment
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=57173
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20210823-090639-4
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Krebbers, Julia Sarah [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 8,80 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 18.08.2021 / geändert 18.08.2021
Beitragende:	Prof. Dr. Müller, Hans Werner [Gutachter] Prof. Dr. Rose, Christine R. [Gutachter]
Stichwörter:	Rückenmarkverletzung, mMS, MEP, SSEP, evozierte Potentiale, Chondroitinase ABC
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Eine Rückenmarkverletzung hat meist schwerwiegende Folgen für die Betroffenen. Sie führt in der Regel zu irreparablen Schäden wie Lähmungen und Beeinträchtigungen der Sensibilität. Eine komplette Durchtrennung des Rückenmarks führt zu einer Retraktion der Rückenmarkstümpfe und einer Gewebelücke. Diese wird ausgefüllt von Narbengewebe. Letzteres sorgt als eine Art Barriere dafür, dass Axone nicht über die Läsionsstelle hinauswachsen können. Es sind vermehrt inhibitorische Chondroitinsulfat-Proteoglykane mit ihr assoziiert, die das Wachstum von Axonen verhindern. Um das Läsionsareal zu überbrücken wurde eine neuartige Therapieform entwickelt, bei dem die Rückenmarkstümpfe durch ein mechanisches Mikrokonnektorsystem (mMS) verbunden werden (Brazda et al. 2013). In der vorliegenden Promotionsarbeit wurde der Erfolg dieser neuartigen mMS-Therapie in einer Langzeitstudie über einen Zeitraum von sechs Monaten im Rattenmodell getestet und deren Einfluss auf die motorische und sensorische Rekonnektivität hin untersucht. Vorrausetzung dazu war die Etablierung einer modifizierten Methode zur Messung von elektrophysiologischen Potentialen. Zusätzlich wurde ein kombinatorischer Ansatz von mMS und dem Enzym Chondroitinase ABC (ChABC) getestet. ChABC sollte dabei der Spaltung von wachstumsinhibitorischen Chondroitinsulfat-Proteoglykanen der Narbe dienen und somit zu einer verbesserten axonalen Regeneration beitragen. Zwei unterschiedliche Applikationsweisen wurden getestet: 1. Injektion von ChABC in das Rückenmark kaudal und rostral des mMS und 2. Infusion von ChABC über das interne Mikrokanalsystem des mMS direkt in das Läsionsgebiet. Als Kontrollenzym diente Penicillinase. Der Einfluss der mMS-Implantation beziehungsweise der Kombination aus mMS und ChABC auf die axonale Regeneration und Lokomotorik nach Rückenmarkverletzung wurde im Rahmen einer fünfwöchigen Pilotstudie untersucht. Der Erfolg der Therapie mit dem mMS konnte bestätigt werden. Zunächst wurden die elektrophysiologischen Messungen motorisch (MEPs) und somatosensorisch evozierter Potentiale (SSEPs) am gesunden Tier erfolgreich etabliert. Nach einer kompletten Durchtrennung des Rückenmarks auf Ebene des Thorakalwirbels 8 und anschließender Implantation des mMS konnten nach zwei bis sechs Monaten nach Operation MEPs detektiert werden. Im Vergleich dazu wurden in Ratten mit einer kompletten Durchtrennung des Rückenmarks ohne anschließende Behandlung keine MEPs gemessen. Der Unterschied im Auftreten von MEPs zwischen den beiden Gruppen ist statistisch signifikant. Die motorische Rekonnektivität konnte mit einer Retranssektion des Rückenmarks und danach ausbleibenden MEPs verifiziert werden. Zudem konnte eine Tendenz zu einer verbesserten Lokomotorik beobachtet werden. Eine Korrelation von motorischer Rekonnektivität und funktioneller Erholung konnte nicht festgestellt werden. Eine sensorische Rekonnektivität, gemessen anhand von SSEPs, konnte nicht nachgewiesen werden. Die zusätzliche Behandlung mit ChABC zeigte keinen synergistischen Effekt von mMS und ChABC auf die axonale Regeneration und Lokomotorik der Ratte fünf Wochen nach Rückenmarkverletzung, gleich welcher Applikationsmethode. Das mMS erreichte schon allein eine Besserung, die nicht durch die Gabe von ChABC gesteigert werden konnte. Dies wurde sowohl für die axonale Regeneration aller neuronaler Fasern im Lumen des mMS beobachtet (anti-TUJ1), wie auch für die einzelnen Faserpopulationen: serotonerge (anti-5HT), katecholaminerge (anti-TH) und sensorische Fasern (calcitonin gene-related peptide, anti-CGRP). Serotonerge und katecholaminerge Fasern wurden ebenfalls kaudal des mMS verglichen, auch hier konnte kein Unterschied festgestellt werden. Auch in der Lokomotorik fünf Wochen nach Rückenmarkverletzung und mMS Behandlung konnte keine signifikante Verbesserung mit zusätzlicher Gabe von ChABC beobachtet werden. Abschließend ist zu sagen, dass das mMS eine erfolgsversprechende Therapie auf dem Weg zur Heilung von Querschnittlähmung bietet. Es zeigt in vielen Bereichen eine Verbesserung nach Rückenmarkverletzung. Neben dem Gewebeerhalt, der Regeneration von Axonen über die Läsion mit erfolgreicher Myelinisierung, Angiogenese und einer verbesserten Lokomotorik (Estrada et al. 2018b), konnte mit dieser Promotionsarbeit zusätzlich eine erfolgreiche motorische Rekonnektivität bestätigt werden. Auch wenn gezeigt werden konnte, dass die Kombination aus mMS und ChABC nicht erfolgversprechend ist, könnte dennoch die Kombination des mMS mit anderen Wirkstoffen zum verbesserten Therapieerfolg führen. Das mMS bietet dazu eine gute Grundlage, denn mittels des internen Mikrokanalsystems können zusätzliche Medikamente leicht an den Läsionsort gebracht werden. A spinal cord injury usually has serious consequences for those affected. It typically leads to irreparable damage such as paralysis and impaired sensitivity. A complete transection of the spinal cord leads to retraction of the spinal cord stumps and a tissue gap. This will be filled by scar tissue. As a kind of barrier, the latter prevents axons from growing beyond the lesion site. Increased levels of inhibitory chondroitin sulfate proteoglycans (CSPGs) are associated with it, which prevent the growth of axons. In order to bridge the lesion site, a novel form of therapy has been developed in which the spinal cord stumps are connected by a mechanical microconnector system (mMS) (Brazda et al. 2013). In the present doctoral thesis, the success of this novel mMS therapy was tested in a long-term study over a period of six months in a rat model and its influence on motor and sensory reconnectivity was investigated. A requirement for this was the establishment of a modified method for measuring electrophysiological potentials. Additionally, a combinatorial approach of mMS and the enzyme chondroitinase ABC (ChABC) was tested. ChABC should thereby cleave growth-inhibitory chondroitin sulfate proteoglycans of the scar and thus contribute to an improved axonal regeneration. Two different application methods were tested: 1. Injection of ChABC into the spinal cord caudal and rostral of the mMS and 2. Infusion of ChABC through the internal microchannel system of the mMS directly into the lesion area. Penicillinase served as control enzyme. The influence of mMS implantation and the combination of mMS with ChABC on axonal regeneration and locomotor function after spinal cord injury was investigated in a five-week pilot study. The success of the therapy with the mMS could be confirmed. First, the electrophysiological measurements: motor evoked potentials (MEPs) and somatosensory evoked potentials (SSEPs) were successfully established in the healthy animal. After a complete transection of the spinal cord at the level of the thoracic vertebra 8 and subsequent implantation of the mMS, MEPs could be detected two to six months after surgery. In comparison, no MEPs were measured in rats with a complete transection of the spinal cord without subsequent treatment. The difference in the occurrence of MEPs between the two groups is statistically significant. Motor reconnectivity could be verified by retransection of the spinal cord and subsequent absence of MEPs. In addition, a tendency towards improved locomotor function was observed. A correlation of motor reconnection and functional recovery could not be shown. A sensory reconnectivity, measured by SSEPs, could not be proven. The additional treatment with ChABC showed no synergistic effect of mMS and ChABC on axonal regeneration and locomotor function of the rat five weeks after spinal cord injury, no matter which application method was used. The mMS alone achieved an improvement, which could not be increased by the administration of ChABC. This was observed for the axonal regeneration of all neuronal fibres in the lumen of the mMS (anti-TUJ1) as well as for the individual fibre populations: serotonergic (anti-5HT), catecholaminergic (anti-TH) and sensory fibres (calcitonin gene-related peptide, anti-CGRP). Serotonergic and catecholaminergic fibres were also compared caudally of the mMS, again no difference was found. Also, in the locomotor system five weeks after spinal cord injury and mMS treatment no significant improvement with additional administration of ChABC could be observed. In conclusion, the mMS offers a promising therapy on the way to curing paraplegia. It shows an improvement in many areas after spinal cord injury. In addition to tissue preservation, regeneration of axons beyond the lesion with successful myelination, angiogenesis and improved locomotor function (Estrada et al. 2018b), this doctoral study also confirmed successful motor reconnectivity. Even if it could be shown that the combination of mMS and ChABC is not promising, the combination of mMS with other active substances could still lead to an improved therapeutic success. The mMS offers a good basis for this, because by means of the internal microchannel system additional drugs can be easily brought to the lesion site.
Quellen:	Brazda, N.; Voss, C.; Estrada, V.; Lodin, H.; Weinrich, N.; Seide, K.; Müller, J.; Müller, H.W. (2013): A mechanical microconnector system for restoration of tissue continuity and long-term drug application into the injured spinal cord. In: Biomaterials 34 (38), S. 10056–10064. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2013.09.057 Estrada, V.; Krebbers, J.; Voss, C.; Brazda, N.; Blazyca, H.; Illgen, J.; Seide, K.; Jürgens, C.; Müller, J.; Martini, R.; Trieu, H.K.; Müller, H.W. (2018b): Low-pressure micro-mechanical re-adaptation device sustainably and effectively improves locomotor recovery from complete spinal cord injury. In: Communications biology 1, S. 205. DOI: 10.1038/s42003-018-0210-8
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	23.08.2021
Dateien geändert am:	23.08.2021
Promotionsantrag am:	08.12.2020
Datum der Promotion:	27.04.2021