Neurales tissue engineering zur Unterstützung anatomischer und funktioneller Wiederherstellung nach akuter experimenteller Rückenmarksläsion der adulten Ratte

Altinova, Haktan; Brook, Gary

doi:29912

Neurales tissue engineering zur Unterstützung anatomischer und funktioneller Wiederherstellung nach akuter experimenteller Rückenmarksläsion der adulten Ratte = Neural tissue engineering for the promotion of anatomical and functional recovery after acute experimental spinal cord injury of the adult rat

Altinova, Haktan (Author)

2009

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Haktan Altinova

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2009

Umfang130 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2009

Genehmigende Fakultät
Fak10

Hauptberichter/Gutachter
Brook, Gary (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2009-12-08

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-30717
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/51385/files/Altinova_Haktan.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl für Neurologie (535000-2)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Rückenmarksverletzung (Genormte SW) ; Regeneration (Genormte SW) ; Biomaterial (Genormte SW) ; Verhaltensbeobachtung (Genormte SW) ; Immunfluoreszenz (Genormte SW) ; Medizin (frei) ; olfaktorische Hüllzellen (frei) ; tissue engineering (frei) ; olfactory ensheathing cells (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 610

Kurzfassung
Verletzungen im Rückenmark (RM) führen zu ausgeprägten Veränderungen im Läsionsgebiet. In den vergangenen Jahren konnte gezeigt werden, dass ein reaktives, wachstumsfeindliches Milieu das erfolgreiche Regenerieren lädierter Axone hemmt. Dieser Sachverhalt stellt einen Gegensatz zum peripheren Nervensystem (PNS) dar, welches eine ausgeprägte Kapazität zur Regeneration und funktionellen Erholung besitzt. In der vorliegenden Dissertation wurde mit Hilfe eines experimentellen Tiermodells eine tissue engineering Strategie zur Förderung langstreckig-orientierten axonalen Wachstums und funktioneller Gewebereparaturmechanismen im akut lädierten RM untersucht. Nach Durchführung einer dorsalen Laminektomie des vierten zervikalen Halswirbels erhielten adulte weibliche Lewisratten eine unilaterale Funikulotomie (Resektion von 1 - 2 mm Gewebe). In die Läsionshöhle wurde sodann eine neue orientierte Typ-I-Kollagen-Matrix (entweder ohne oder besät mit syngenen olfaktorischen Hüllzellen, OHZ) implantiert und die motorische Funktion der ipsilateralen Pfote beobachtet. Nach einer Überlebenszeit von fünf Monaten wurden die Versuchstiere perfundiert, die Läsionszone reseziert und immunhistochemischen Untersuchungen unterzogen. Um die Reaktionen der nativen Astrozyten, Axone und Dendriten zu demonstrieren, wurden immunhistochemische Marker gegen GFAP, NF200, Gap-43 und Map-2 verwendet. Die Typ-I-Kollagen-Matrizes waren biokompatibel und deren Kanäle fungierten bei der longitudinal orientierten axonalen Regeneration als Leitstrukturen. Es kam zu einer erfolgreichen Integration der OHZ-besäten Matrizes. Native Astrozyten und axonale Profile überbrückten die Grenzfläche zwischen nativem RM und Implantat. Sodann penetrierten sie in die Matrizes. Überraschenderweise traten auch native Dendriten in die implantierten Matrizes ein, was bisher in der Literatur nicht beschrieben wurde. Darüber hinaus wurde die Grenzfläche zwischen Dura mater und lateraler Matrixbereich als wesentlicher Ort der orientierten axonalen Regeneration entdeckt. Obwohl implantierte Matrizes die motorische Erholung der ipsilateralen Pfote unterstützten, konnte keine eindeutige Korrelation zwischen dem Ausmaß der axonalen Regeneration und dem Grad der funktionellen Erholung nachgewiesen werden. Es ist daher wahrscheinlich, dass implantierte Materialien eine bisher unerwartet günstige Wirkung auf das lädierte Zentralnervensystem ausüben.

Injuries to the spinal cord induce distinct changes at the lesion site. Over recent years, it has been shown that the hostile environment of the reactive, lesioned central nervous system inhibits axonal regrowth. This is in stark contrast to the lesioned peripheral nervous system which has a strong capacity for axon regeneration and functional recovery. In the present thesis, a tissue engineering strategy to promote orientated axonal regrowth and functional tissue repair has been investigated in an experimental animal model of acute spinal cord injury. After undergoing a mid-cervical (C4) dorsal laminectomy, adult female Lewis rats were subjected to a unilateral funiculotomy (involving a tissue resection of 1 - 2 mm). A novel, orientated, type I collagen matrix (either seeded or non-seeded with syngeneic olfactory ensheathing cells, OEC) was implanted into the lesion gap and the function of the ipsilateral fore-paw was monitored. At the end-point survival time of 5 months, animals were perfused and the lesion site dissected and processed for immunohistochemistry to demonstrate host astrocystic, axonal and dendritic responses using antibodies to glial fibrillary acidic protein (GFAP), growth associated protein-43 (Gap-43/B50), 200kDa phosphorylated neurofilament (NF200) and microtubule associated protein 2 (MAP-2). The type I collagen matrix was found to be biocompatible and acted as a guidance system, supporting the longitudinally orientated regeneration of host axon Integration of the OEC-seeded matrix was most successful, with both host astrocytic and axonal profiles crossing the graft-host interface and penetrating the implant to varying degrees. Surprisingly, host dendrites were also found to penetrate the implanted matrices, a so-far undescribed phenomenon. Furthermore, the interface between the matrix and dura mater was found to be a region of substantial tissue regrowth and orientated axon regeneration. Although implanted scaffolds supported improved motor performance of the ipsilateral fore-paw, there was no clear correlation between the extent of axon regeneration and the degree of functional recovery. It is likely, therefore, that implanted devices may exert hitherto unexpected beneficial effects on the lesioned central nervous system.

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