Інформація призначена тільки для фахівців сфери охорони здоров'я, осіб,
які мають вищу або середню спеціальну медичну освіту.

Підтвердіть, що Ви є фахівцем у сфері охорони здоров'я.

International neurological journal №1 (95), 2018

Back to issue

Sciatic nerve functional recovery using tissue engineering after its complete transection in the experiment

Authors: Цимбалюк В.І.(1), Петрів Т.І.(2), Васильєв Р.Г.(3, 4), Медведєв В.В.(1), Молотковець В.Ю.(1), Татарчук М.М.(2), Драгунцова Н.Г.(2)
(1) — Національний медичний університет імені акад. О.О. Богомольця, м. Київ, Україна
(2) — ДУ «Інститут нейрохірургії ім. акад. А.П. Ромоданова НАМН України», м. Київ, Україна
(3) — ДУ «Інститут генетичної та регенеративної медицини НАМН України», м. Київ, Україна
(4) — Біотехнологічна лабораторія ilaya.regeneration, медична компанія ilaya®, м. Київ, Україна

Categories: Neurology

Sections: Clinical researches

print version


Summary

Актуальність. Частота травми периферійних нервів становить 0,3–0,5 на 10 000 населення, 60–75 % з яких супроводжуються інвалідизацією хворого. Найперспективнішим шляхом вирішення проблеми відновлення периферичних нервів є тканинна інженерія з використанням біополімерів і стовбурових клітин, зокрема мультипотентних стовбурових клітин-похідних нервового гребеня (МСК-ПНГ). Мета: дослідити відновлення функції сідничного нерва з використанням засобів тканинної інженерії після його повного перетину в експерименті. Матеріали та методи. Сформовано 4 експериментальні групи: група 1 — перетин сідничного нерва (невротомія) та негайна автонейропластика (n = 14); група 2 — невротомія та негайна пластика колагеновою трубкою, заповненою фібриновим гелем (n = 15); група 3 — невротомія та негайна пластика колагеновою трубкою, заповненою фібриновим гелем з вмістом МСК-ПНГ (n = 16); група 4 — несправжньооперовані тварини (n = 7). Результати. У групах 1 і 3 спостерігали динаміку SFI, що характеризувалася двофазністю. Перша фаза включала практично лінійне зростання показника від значення у –70 на 7-му добу спостереження до –35 станом на кінець 4-го тижня спостереження. Друга фаза тривала протягом 6–7-го та 5–7-го тижня у групі 1 та 3 відповідно і характеризувалася відсутністю змін показника. Для групи 2 характерним була наявність фази відсутності приросту показника протягом 2-го тижня спостереження. У подальшому, протягом 3–4-го тижня виявляли вірогідне збільшення показника (р < 0,01; W-критерій Уїлкоксона), стабілізацію (протягом 5–6-го тижня), вірогідне збільшення показника протягом 7-го тижня (р = 0,036 порівняно зі значенням станом на 5-й тиждень спостереження; W-критерій Уїлкоксона). Протягом усього періоду спостереження між значеннями SFI груп 1 та 3 вірогідних відмінностей не виявлено (р > 0,05; U-тест Манна — Уїтні). Статистично значущі відмінності (р < 0,05; U-тест Манна — Уїтні) між показниками групи 1 та 2, а також групи 2 та 3 на користь груп 1 і 3 відповідно виявляли починаючи з 14-ї доби й до кінця експерименту. При порівнянні з результатами тестування тварин групи 4 показники груп 1, 2 і 3 виявилися вірогідно (р < 0,05; U-тест Манна — Уїтні) меншими протягом усього періоду експерименту. Висновки. Пластика дефекту периферичного нерва трубчатим імплантатом NeuraGenTM, заповненим фібриновим гелем із вмістом стовбурових клітин-похідних нервового гребеня, з точки зору відновлення стану м’язово-суглобового апарату паретичної кінцівки еквівалентне класичній автонейропластиці. Тривалість періоду регенераційного росту волокон травмованого нерва до моменту ініціації відновлення функції паретичної кінцівки суттєво залежить від тканинного оточення у зоні травматичного дефекту. Тривалість активного відновлення функції паретичної кінцівки за відтвореного варіанту травми обмежена першим місяцем, не залежить від специфіки тканинних процесів у зоні пластики дефекту нерва.

Актуальность. Частота травмы периферических нервов составляет 0,3–0,5 на 10 000 населения, 60–75 % из которых сопровождаются инвалидизацией больного. Наиболее перспективным путем решения проблемы восстановления периферических нервов является тканевая инженерия с использованием биополимеров и стволовых клеток, в частности мультипотентных стволовых клеток-производных нервного гребня (МСК-ПНГ). Цель: исследовать восстановление функции седалищного нерва с использованием средств тканевой инженерии после его полного пересечения в эксперименте. Материалы и методы. Сформированы 4 экспериментальные группы: группа 1 — пересечение седалищного нерва (невротомия) и немедленная аутонейропластика (n = 14); группа 2 — невротомия и немедленная пластика коллагеновой трубкой, заполненной фибриновым гелем (n = 15); группа 3 — невротомия и немедленная пластика коллагеновой трубкой, заполненной фибриновым гелем с содержанием МСК-ПНГ (n = 16); группа 4 — ложнооперированные животные (n = 7). Результаты. В группах 1 и 3 динамика SFI характеризировалась двуфазностью. Первая фаза включала практически линейное нарастание значения от –70 на 7-е сутки наблюдения до –35 состоянием на конец 4-й недели наблюдения. Вторая фаза длилась в течение 6–7-й и 5–7-й недель в группе 1 и 3 соответственно и характеризовалась отсутствием изменений значения SFI. Для группы 2 характерным было наличие фазы отсутствия прироста показателя в течение 2-й недели наблюдения. В дальнейшем, в течение 3–4-й недель наблюдали достоверное увеличение показателя (р < 0,01; W-критерий Уилкоксона), стабилизацию (на протяжении 5–6-й недели), достоверное увеличение показателя в течение 7-й недели (р = 0,036 по сравнению со значением на 5-ю неделю наблюдения; W-критерий Уилкоксона). На протяжении всего периода наблюдения между значениями SFI групп 1 и 3 достоверных различий не выявлено (р > 0,05; U-тест Манна — Уитни). Статистически значимые различия (р < 0,05; U-тест Манна — Уитни) между показателями групп 1 и 2, а также групп 2 и 3 в пользу групп 1 и 3 соответственно наблюдали начиная с 14-х суток и до конца эксперимента. При сравнении с результатами тестирования животных группы 4 показатели групп 1, 2 и 3 оказались достоверно (р < 0,05; U-тест Манна — Уитни) меньше на протяжении всего периода эксперимента. Выводы. Пластика дефекта периферического нерва трубчатым имплантатом NeuraGenTM, заполненным фибриновим гелем с наличием стволовых клеток-производных нервного гребня, с точки зрения восстановления состояния мышечно-суставного аппарата паретичной конечности эквивалентна классической аутонейропластике. Длительность периода регенерационного роста волокон травмированного нерва до момента инициации восстановления функции паретичной конечности существенно зависит от тканевого окружения в зоне травматического дефекта. Длительность активного восстановления функции паретичной конечности в данном варианте травмы ограничена первым месяцем, не зависит от специфики тканевых процессов в зоне пластики дефекта нерва.

Background. The incidence of peripheral nerve injuries is 0.3–0.5 per 10,000 in general population, 60–75 % of them are accompanied by invalidisation of the patient. The most promising way to solve the problem of restoring peripheral nerves is tissue engineering using biopolymers and stem cells, in particular neural crest derived multipotent stem cells. The aim of the study was to investigate the function of the sciatic nerve with the use of tissue engineering after its complete intersection in the experiment. Materials and methods. Four experimental groups were formed: group 1 — sciatic nerve transection (neurotomy) and immediate autoneuroplasty (n = 14); group 2 — neurotomy and immediate plasty with collagen tube filled with fibrin gel (n = 15); group 3 — neurotomy and immediate plasty with collagen tube filled with fibrin gel containing neural crest derived multipotent stem cells (n = 16); group 4 — sham operated animals (n = 7). Results. In groups 1 and 3, the dynamics of sciatic functional index (SFI) was characterized by two phases. The first phase included a practically linear increase in values, from –70 on day 7 of observation to –35 by the end of week 4. The second phase lasted for weeks 6–7 and 5–7 in groups 1 and 3, respectively, and was characterized by a lack of changes in the value of SFI. In group 2, there was a phase of absence of increment of the indicator during week 2 of observation. Subsequently, during week 3–4, there was a significant increase in the indicator (p < 0.01; Wilcoxon test); stabilization (during weeks 5–6); a significant increase in the index during week 7 (p = 0.036 in comparison with the value on week 5 of observation; Wilcoxon test). During the entire observation period, no significant differences were found between SFI values for groups 1 and 3 (p > 0.05, Mann-Whitney U test). Statistically significant differences (p < 0.05; Mann-Whitney U test) between groups 1 and 2, as well as groups 2 and 3, in favor of groups 1 and 3, respectively, ranged starting from day 14 and to the end of experiment. Compared with the results of testing animals in group 4, the indicators of groups 1, 2, and 3 turned out to be significantly (p < 0.05; Mann-Whitney U test) less during the whole period of the experiment. Conclusions. Plasty of the peripheral nerve defect by a NeuraGenTM tubular implant filled with fibrin gel containing multipotent neural crest derived stem cells, in terms of restoring the muscular-articular apparatus of the paretic limb, is equivalent to classical autoneuroplasty. The duration of the period of regenerative growth of the traumatic nerve fibers until the initiation of the restoration of paretic limb function substantially depends on the tissue environment in the area of the traumatic defect. The duration of active restoration of the function of the paretic limb in this type of the trauma is limited to the first month, not dependent on the specificity of tissue processes in the area of nerve defect plasty.


Keywords

мультипотентні стовбурові клітини-похідні нервового гребеня; функціональний індекс сідничного нерва; матрикс; тест із біговою доріжкою

мультипотентные стоволовые клетки-производные нервного гребня; функциональный индекс седалищного нерва; матрикс; тест с беговой дорожкой

neural crest derived multipotent stem cells; sciatic functional index; matrix; walking track test


For the full article you need to subscribe to the magazine.


Bibliography

1. Torres R. Epidemiology of Traumatic Peripheral Nerve Injuries Evaluated by Electrodiagnostic Studies in a Tertiary Care Hospital Clinic / Torres R., Miranda G. // Boletin de la Asociacion Medica de Puerto Rico. — 2015. — Vol. 3, № 107. — P. 79-84.
2. Відновне хірургічне лікування наслідків ушкодження довгих гілок плечового сплетення з використанням тривалої електростимуляції / Ю.П. Зозуля, І.Б. Третяк, Ю.В. Цимбалюк, М.А. Сапон // Український нейрохірургічний журнал. — 2013. — № 2. — С. 19-22.
3. Rasulić L. et al. The epidemiology of forearm nerve injuries — a retrospective study // Acta Clin. Croat. — 2015. — Vol. 54, № 1. — Р. 19-24.
4. Battiston et al. Peripheral Nerve Defects: Overviews of Practice in Europe // Hand Clinics. — 2017. — Vol. 33, № 3. — P. 545-550. 
5. Safa B. Autograft Substitutes: Conduits and Processed Nerve Allografts / Safa B., Buncke G. // Hand Clinics. — 2016. — Vol. 32, № 2. — P. 127-140.
6. Kappos Е.А. et al. Validity and reliability of the CatWalk system as a static and dynamic gait analysis tool for the assessment ofc functional nerve recovery in small animal models // Brain Behav. — 2017. — Vol. 7, № 7. — Р. e00723, eCollection 2017. 
7. Sarikcioglu L. Walking track analysis: an assessment method for functional recovery after sciatic nerve injury in the rat / L. Sarikcioglu, B.M. Demirel, A. Utuk // Folia Morphol. — 2009. — Vol. 68, № 1. — P. 1-7.
8. Jonsson S. et al. Effect of Delayed Peripheral Nerve Repair on Nerve Regeneration, Schwann Cell Function and Target Muscle Recovery // PLoS ONE. — 2013. — Vol. 8, № 2. —Р. e56484. Epub 2013 Feb 7. 
9. Цимбалюк В.І., Третяк І.Б., Гацький О.О., Вернигородський С.В. Гістоморфометрична оцінка ефективності комбінованої пластики сідничного нерва при його великому дефекті у щурів в експерименті // Український нейрохірургічний журнал. — 2012. — № 3. — С. 48-51.
10. Lemke A. et al. A novel experimental rat model of peripheral nerve scarring: reliably mimicking post-surgical complications and recurring adhesions // Disease Models & Mechanisms. — 2017. — Vol. 10, № 8. — P. 1015-1025. Epub 2017 May 26.
11. Sullivan, R., Dailey, T., Duncan, K., Abel, N., Borlongan C.V. Peripheral nerve injury: Stem cell therapy and peripheral nerve transfer // International journal of molecular sciences. — 2016. — Vol. 17, № 12. — Р. E2101.
12. Vasyliev R.G. et al. Effects of Neural Crest-Derived Multipotent Stem Cells on Regeneration of an Injured Peripheral Nerve in Mice // Neurophysiology. — 2015. — T. 47, № 1. — Р. 80-83.
13. Amoh Y. et al. Nestin-positive hair follicle pluripotent stem cells can promote regeneration of impinged peripheral nerve injury // J. Dermatol. — 2012. — Vol. 39. — P. 33-38.
14. Sieber-Blum M., Grim M., Hu Y., Szeder V. Pluripotent neural crest stem cells in the adult hair follicle // Dev. Dyn. — 2004. — Vol. 231, № 2. — P. 258-269.
15. Najafzadeh N., Esmaeilzade B., Dastan Imcheh M. Hair follicle stem cells: In vitro and in vivo neural differentiation // World J. Stem. Cells. — 2015. — Vol. 7, № 5. — P. 866-872.
16. Neil G. Fairbairn, Amanda M. Meppelink, Joanna Ng-Glazier, Mark A. Randolph, Jonathan M. Winograd. Augmenting peripheral nerve regeneration using stem cells: A review of current opinion // World J. Stem. Cells. — 2015. — Vol. 7, № 1. — P. 11-26. 
17. Jung Y., Ng J.H., Keating C.P., Senthil-Kumar P., Zhao J., Randolph M.A., Winograd J.M., Evans C.L. Comprehensive evaluation of peripheral nerve regeneration in the acute healing phase using tissue clearing and optical microscopy in a rodent model // PLoS One. — 2014. — Vol. 9, № 4. — Р. e94054. eCollection 2014.
18. Antoniadis G. Nerve regeneration / Haastert-Talini, K., Assmus, H., Antoniadis, G. // Modern concepts of peripheral nerve repair. — Springer International Publishing, 2017. — Р. 8-10.
19. Washabaugh C.H., Ontell M.P., Kant J.A. et al. Effect of chronic denervation and denervation-reinnervation on cytoplasmic creatine kinase transcript accumulation // Journal of Neuro–biology. — 2001. — Vol. 47, № 3. — P. 194-206.
20. Lapalombella et al. Persistence of regenerative myogenesis in spite of down-regulation of activity-dependent genes in long-term denervated rat muscle // Neurology Research. — 2008. — Vol. 30, № 2. — P. 197-206. 
21. Artioli G.G. et al. Embryonic stem cells improve skeletal muscle recovery after extreme atrophy in mice // Muscle Nerve. — 2015. — Vol. 51, № 3. — P. 346-352. 
22. Rochkind S., Shainberg A. Muscle response to complete peripheral nerve injury: changes of acetylcholine receptor and creatine kinase activity over time // Journal of Reconstructive Microsurgery. — 2017. — Vol. 33, № 5. — P. 352-357. 
23. Патент України на корисну модель № 118156, МПК: G09B 23/28. «Спосіб визначення функціонального індексу сідничного нерва у щурів» / Цимбалюк Віталій Іванович (UA); Молотковець Віталій Юрійович (UA); Петрів Тарас Ігорович (UA); Медведєв Володимир Вікторович (UA); Лузан Борис Миколайович (UA). — Заявка № u201701183; Заявл. 09.02.2017;

Similar articles

Early results of sciatic nerve morphologic structure recovery using tissue engineering methods  after its complete transection in experiment
Authors: Цимбалюк В.І.(1, 2), Петрів Т.І.(2), Медведєв В.В.(1), Цимбалюк Ю.В.(2), Кліменко П.П.(3, 4), Васильєв Р.Г.(3, 4), Татарчук М.М.(2)
(1) —Національний медичний університет імені акад. О.О. Богомольця, м. Київ, Україна
(2) —ДУ «Інститут нейрохірургії ім. акад. А.П. Ромоданова НАМН України», м. Київ, Україна
(3) —ДУ «Інститут генетичної та регенеративної медицини НАМН України», м. Київ, Україна
(4) —Біотехнологічна лабораторія ilaya.regeneration, медична компанія ilaya®, м. Київ, Україна

"Тrauma" Том 19, №2, 2018
Date: 2018.06.06
Categories: Traumatology and orthopedics
Sections: Clinical researches
Fibrin biomatrix as an environment for viability support, direct differentiation and transplantation for neuronal progenitors of different origin
Authors: Олексенко Н.П.
ДУ «Інститут нейрохірургії ім. акад. А.П. Ромоданова Національної академії медичних наук України», м. Київ, Україна

International neurological journal №3 (105), 2019
Date: 2019.06.22
Categories: Neurology
Sections: Specialist manual
Результати довготривалої електростимуляції при наслідках ушкодження малогомілкового нерва
Authors: Цимбалюк Ю.В. - Клініка відновлювальної нейрохірургії, ДУ «Інститут нейрохірургії ім. акад. А.П. Ромоданова НАМН України», м. Київ
International neurological journal 5 (59) 2013
Date: 2013.09.12
Categories: Traumatology and orthopedics, Neurology
Sections: Clinical researches
Long-term effects of cell technologies on sciatic nerve regeneration in plasty of large defect (experimental study)
Authors: Гайович І.В.(1), Савосько С.І.(2)
(1) — ДУ «Інститут травматології та ортопедії НАМН України», м. Київ, Україна
(2) — Національний медичний університет імені О.О. Богомольця, м. Київ, Україна

"Тrauma" Том 19, №2, 2018
Date: 2018.06.06
Categories: Traumatology and orthopedics
Sections: Clinical researches

Back to issue