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.

"Тrauma" Том 19, №2, 2018

Back to issue

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

Categories: Traumatology and orthopedics

Sections: Clinical researches

print version


Summary

Актуальність. Травми опорно-рухового апарату, навіть незначні, можуть супроводжуватися ушкодженням периферичних нервів і призводити до часткової чи повної втрати функції кінцівок. Кількість таких пацієнтів з кожним роком зростає у зв’язку зі збільшенням кількості техногенних травм і складних поєднаних ушкоджень опорно-рухового апарату. Бурхлива урбанізація призводить до зростання загального нейротравматизму в середньому на 2 % на рік. У структурі травм опорно-рухового апарату ушкодження периферичних нервів становлять від 1,5 до 6 %, із них 90 % — верхньої кінцівки. Під час військових дій цей показник становить 12 % і спостерігається у 2,8–5 % пацієнтів із політравмою. Мета: дослідити ранні результати відновлення сідничного нерва щура з використанням тканинно-інженерного підходу 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 мультипотентних стовбурових клітин — похідних нервового гребеня (n = 16); група 4 — несправжньооперовані тварини (n = 7). На 30-ту добу половину тварин з кожної групи (1-ша — n = 7, 2-га — n = 7, 3-тя — n = 7, 4-та — n = 3) виводили з експерименту шляхом тракції за ростральний кінець та для світлооптичної мікроскопії гістологічний матеріал (сідничний нерв оперований різними видами тканинно-інженерних підходів, що вказані вище) фіксували протягом доби в 10% розчині нейтрального формаліну, промивали зразки, зневоднювали у серії спиртів, поміщали їх у парафін та отримували зрізи товщиною 5 мкм на мікротомі. Потім зрізи депарафінізували у ксилолі та імпрегнували азотнокислим сріблом згідно з методом Більшовського, що дозволяє візуалізувати структурні елементи периферичної нервової системи. Результати. Після перетину сідничного нерва і автонейропластики в імплантованому у зону пошкодження тканинно-інженерному провіднику на 30-ту добу на тлі посиленого розростання волокнистої сполучної тканини спостерігалося формування коротких тяжів нервових волокон, а також упорядкування їх розміщення. Крім того, у регенераті формувалися тонкі перемички між ділянками тяжів нервових волокон, що призводило до утворення безперервного зв’язку між регенеруючими тяжами нервових волокон на різних рівнях зони пошкодження сідничного нерва. При застосуванні порожнистого колагенового провідника, заповненого фібриновим гелем для заміщення дефекту сідничного нерва, на 30-ту добу відмічалося формування незначної кількості тонких, хаотично розташованих нервових волокон і слабко виражене формування волокнистої сполучної тканини. При використанні тканинно-інженерного провідника в цей же часовий період відбувалося значне розростання нервових волокон, їх гіпертрофія і утворення розгалужень нервових волокон, орієнтованих у різних напрямках. Також при застосуванні інженерного провідника відмічено більш слабке формування волокнистої сполучної тканини порівняно з першою і другою експериментальними групами. Висновки. В результаті проведеного дослідження встановлено, що найбільшу подібність до архітектоніки сідничного нерва інтактних тварин має регенерат нервових волокон, що утворюється при застосуванні автонейропластики. У цьому регенераті утворювалися ділянки нервових волокон, що за своєю архітектонікою найбільш близько відповідали нервовим волокнам у нативному сідничному нерві. Крім того, у ділянці пошкодження формувалися тонкі відростки, що зв’язували ділянки регенеруючих нервових волокон на різних рівнях. При цьому спостерігалося посилене розростання волокнистої сполучної тканини. Найбільш виражено формування нервових волокон, а саме гіпертрофія нервових волокон і значне їх розгалуження з формуванням сітки, виявлено при застосуванні тканинно-інженерного провідника. При цьому в тканинно-інженерному провіднику на фоні гіпертрофії регенеруючих волокон відмічено слабке формування пухкої волокнистої сполучної тканини. Отже, для визначення переваг одного з двох тканинно-інженерних підходів, використаних для регенерації сідничного нерва, необхідно провести вивчення результату процесу регенерації в більш пізній часовій точці.

Актуальность. Травмы опорно-двигательного аппарата, даже незначительные, могут сопровождаться повреждением периферических нервов и приводить к частичной или полной потере функции конечностей. Количество таких пациентов с каждым годом растет в связи с увеличением количества техногенных травм и сложных сочетанных повреждений опорно-двигательного аппарата. Бурная урбанизация приводит к росту общего нейротравматизма в среднем на 2 % в год. В структуре травм опорно-двигательного аппарата повреждения периферических нервов составляют от 1,5 до 6 %, из них 90 % — верхней конечности. Во время военных действий этот показатель составляет 12 % и наблюдается у 2,8–5 % пациентов с политравмой. Цель: исследовать ранние результаты восстановления седалищного нерва крысы с использованием тканево-инженерного подхода 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 мультипотентных стволовых клеток — производных нервного гребня (n = 16); группа 4 — ложнооперированные животные (n = 7). На 30-е сутки половину животных из каждой группы (1-я — n = 7, 2-я — n = 7, 3-я — n = 7, 4-я — n = 3) выводили из эксперимента путем тракции за клювовидный конец и для светооптической микроскопии гистологический материал (седалищный нерв оперирован различными видами тканево-инженерных подходов, указанными выше) фиксировали в течение суток в 10% растворе нейтрального формалина, промывали образцы, обезвоживали в серии спиртов, заключали их в парафин и получали срезы толщиной 5 мкм на микротоме. Затем срезы депарафинизировали в ксилоле и импрегнировали азотнокислым серебром по методу Бильшовского, что позволяет визуализировать структурные элементы периферической нервной системы. Результаты. После пересечения седалищного нерва и аутонейропластики в имплантированном в зону повреждения тканево-инженерном проводнике на 30-е сутки на фоне усиленного разрастания волокнистой соединительной ткани наблюдалось формирование коротких тяжей нервных волокон, а также упорядочение их размещения. Кроме того, в регенерате формировались тонкие перемычки между участками нервных волокон, что приводило к образованию непрерывной связи между регенерирующими тяжами нервных волокон на разных уровнях зоны повреждения седалищного нерва. При применении полого коллагенового проводника, заполненного фибриновым гелем для замещения дефекта седалищного нерва, на 30-е сутки отмечалось формирование незначительного количества тонких, хаотично расположенных нервных волокон и слабо выраженное формирование волокнистой соединительной ткани. При использовании тканево-инженерного проводника в этот же временной период происходило значительное разрастание нервных волокон, их гипертрофия и образование разветвлений нервных волокон, ориентированных в разных направлениях. Также при применении инженерного проводника отмечено более слабое формирование волокнистой соединительной ткани по сравнению с первой и второй экспериментальными группами. Выводы. В результате проведенного исследования установлено, что наибольшее сходство с архитектоникой седалищного нерва интактных животных имеет регенерат нервных волокон, образующийся при применении аутонейропластики. В этом регенерате образовывались участки нервных волокон, которые по своей архитектонике наиболее близко соответствовали нервным волокнам в нативном седалищном нерве. Кроме того, в области повреждения формировались тонкие отростки, связывающие участки регенерирующих нервных волокон на разных уровнях. При этом наблюдалось усиленное разрастание волокнистой соединительной ткани. Наиболее выражено формирование нервных волокон, а именно гипертрофия нервных волокон и значительное их разветвление с формированием сетки, выявлено при применении тканево-инженерного проводника. При этом в тканево-инженерном проводнике на фоне гипертрофии регенерирующих волокон отмечено слабое формирование волокнистой соединительной ткани. Следовательно, для определения преимуществ одного из двух тканево-инженерных подходов, использованных для регенерации седалищного нерва, необходимо провести изучение результата процесса регенерации в более поздней временной точке.

Background. Injuries of the musculoskeletal system, even insignificant, may be accompanied by damage to the peripheral nerves and lead to partial or complete loss of limb function. The number of such patients grows every year due to an increase in the number of industry-related injuries and complex combined injuries of the locomotor system. Urbanization leads to an increase in total nerve damage by an average of 2 % per year. In the structure of injuries of the musculoskeletal system, damage to the peripheral nerves is 1.5 to 6 %, of which 90 % are the upper extremity injuries. In military operations, this figure is 12 %, and is observed in 2.8–5 % of patients with polytrauma. The purpose of our study was to investigate the early results of sciatic nerve recovery in rat using tissue engineering methods after its complete intersection in the experiment. Materials and methods. Four experimental groups were formed: group 1 — transection of the sciatic nerve (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 multipotent neural crest derived stem cells (n = 16); group 4 — sham operated animals (n = 7). On day 30, a half of the animals from each group (7, 7, 7 and 3 rats in groups 1, 2, 3 and 4, respectively) were excluded from the experiment by traction by the rostral end, and for optical microscopy, histopathologic sample (the sciatic nerve operated by various types of tissue-engineering approaches mentioned above) was fixed overnight in 10% neutral formalin solution, samples were washed, dehydrated in a series of alcohols, put in paraffin, and 5-μm sections on microtome were obtained. The sections were then deparaffinized in xylene and impregnated with nitrous oxide silver according to the Bilshovsky method, which allows visualization of the structural elements of the peripheral nervous system. Results. After the transection of the sciatic nerve and autoneuroplasty, in tissue-engineering conduit implanted in the damaged zone on day 30 against the background of increased growth of fibrous connective tissue, the formation of short nerve fibers was noted, as well as the ordering of their placement. In addition, in the regenerate, thin junctions were formed between the sections of the nerve fibers, which led to the formation of a continuous connection between the regenerating strands of the nerve fibers at different levels of the sciatic nerve damage zone. When using hollow collagen conduit filled with fibrin gel to replace the defect of the sciatic nerve, the formation of a small number of thin, randomly located nerve fibers and a weakly expressed formation of fibrous connective tissue was observed on day 30. With the use of tissue-engineering conduit, in the same time period, there was a significant increase in nerve fibers, their hypertrophy and the formation of branches of nerve fibers oriented in different directions. Also, with the use of the tissue-engineered conduit, weaker fibrous connective tissue formation was noted compared with the first and second experimental groups. Conclusions. As a result of the study, it was found that a regenerate of nerve fibers, which is formed when using autoneuroplasty, has the greatest similarity to the architecture of the sciatic nerve of intact animals. In this regenerate, areas of nerve fibers were formed which, according to their architectontics, most closely corresponded to nerve fibers in the native sciatic nerve. In addition, in the area of damage, thin processes were formed that bind regions of regenerating nerve fibers at different levels. At the same time, there was an increased growth of fibrous connective tissue. The most pronounced formation of nerve fibers, namely, hypertrophy of nerve fibers and their significant branching with the formation of a mesh, was revealed when using tissue-engineering conduit. At that, in the tissue-engineering conduit, under the background of hypertrophy of regenerating fibers, weak formation of a fibrous connective tissue was noted. Therefore, to determine the benefits of one of two tissue-engineering approaches used to regenerate the sciatic nerve, it is necessary to study the result of the regeneration process at a later time point.


Keywords

сідничний нерв; тканинна інженерія; мультипотентні стовбурові клітини — похідні нервового гребеня

седалищный нерв; тканевая инженерия; мультипотентные стволовые клетки-производные нервного гребня

sciatic nerve; tissue engineering; multipotent neural crest derived stem cells


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.Puzović V. Etiology and mechanisms of ulnar and median forearm nerve injuries / Puzović V., Samardzić M., Jovanović M., Zivković B., Savić A., Rasulić L. // Vojnosanitetski pregled. — 2015. — Vol. 72, № 11. — P. 961-967.
3. Rasulić L. The epidemiology of forearm nerve injuries — a retrospective study / Rasulić L., Puzović V., Rotim K., Jovanović M., Samardžić M., Živković B., Savić A. // Acta Сlinica Croatica. — 2015. — Vol. 54, № 1. — Р. 19-24.
4. Ullah I. et al. Transplantation of Human Dental Pulp-Derived Stem Cells or Differentiated Neuronal Cells from Human Dental Pulp-Derived Stem Cells Identically Enhances Regeneration of the Injured Peripheral Nerve / Ullah I. et al. // Stem. Cells Development. — 2017. — Vol. 26, № 17. — P. 1247-1257.
5. Guo J. Promoting potential of adipose derived stem cells on peripheral nerve regeneration / Guo J., Guo S., Wang Y., Yu Y. // Molecular Medicine Report. — 2017. — Vol. 16, № 5. — Р. 7297-7304. 
6. Цимбалюк В.І. Електрофізіологічна діагностика закритого травматичного ураження плечового сплетення, поєднаного з черепно-мозковою травмою / Цимбалюк В.І., Чеботарьова Л.Л., Дубина Г.І. // Український нейрохірургічний журнал. — 2004. — Vol. 4. — С. 65-68. 
7. Sebben A.D. Peripheral nerve regeneration: cell therapy and neurotrophic factors. / Sebben Alessandra Deise, Martina Lichtenfels and Jefferson Luis Braga da Silva // Revista Brasileira de Ortopedia (English Edition). — 2015. — Vol. 46, № 6. — Р. 643-649. 
8. Belanger K. Recent strategies in tissue engineering for guided peripheral nerve regeneration / Belanger Kayla // Macromolecular bioscience. — 2016. — Vol. 16, № 4. — Р. 472-481.
9. Цимбалюк В.І. Дослідження ефективності комбінованої пластики сідничного нерва за його великого дефекту шляхом кількісної оцінки ступеня функціонального відновлення в експерименті у щурів / Цимбалюк В.І., Третяк І.Б., Гацький О.О. // Український нейрохірургічний журнал. — 2012. — Vol. 3. — С. 48-51.
10. Whitlock E.L. Processed allografts and type I collagen conduits for repair of peripheral nerve gaps / Whitlock E.L., Tuffaha S.H., Luciano J.P. // Muscle Nerve. — 2009. — Vol. 39, № 6. — Р. 787-799.
11. Paczkowska E. Humoral activity of cord blood-derived stem/progenitor cells: implications for stem cell-based adjuvant therapy of neurodegenerative disorders / Paczkowska E. // PLoS One. — 2013. — Vol. 8, № 12.
12. К вопросу об истории хирургических операций при ранениях периферических нервов / А.С. Золотов, О.И. Пак // Травматология и ортопедия России. — 2013. — № 3. — С. 162-166.
13. Ramburrun P. et al. A review of bioactive release from nerve conduits as a neurotherapeutic strategy for neuronal growth in peripheral nerve injury / Ramburrun P., Kumar P., Choonara Y.E., Bijukumar D., du Toit L.C., Pillay V. // BioMed Research International. — 2014. — 132350. 
14. Гацький О.О. Комбінована пластика периферичних нервів при їх великих дефектах (експериментальне дослідження): Автореф. дис... канд. мед. наук: 14.01.05 / О.О. Гацький; НАМН України, Ін-т нейрохірургії ім. А.П. Ромоданова. — К., 2015. — 23 c.
15. Achilleos A., Paul A. Trainor. Neural crest stem cells: discovery, properties and potential for therapy / Achilleos A., Paul A. Trainor // Cell. Research. — 2012. — Vol. 22, № 2. — Р. 288-304.
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. Mii S. et al. Nestin-Expressing Hair-Follicle-Associated Pluripotent (HAP) Stem Cells Promote Whisker Sensory-Nerve Growth in Long-Term 3D-Gelfoam® Histoculture / Mii S., Duong J., Tome Y., Uchugonova A., Liu F., Amoh Y, Saito N., Katsuoka K., Hoffman R.M. // Methods in Molecular Biology. — 2016. — № 1453. — Р. 39-47.
18. Hoffman R.M. Introduction to Hair-Follicle-Associated Pluripotent Stem Cells / Hoffman R.M. // Methods in Molecular Biology. — 2016. — № 1453. — Р. 1-5.
19. Hoffman Robert M. Nestin-expressing hair follicle-accessible pluripotent stem cells for nerve and spinal cord repair / Hoffman Robert M. // Cells Tissues Organs. — 2014. — Vol. 200, № 1. — Р. 42-47.
20. Vasyliev R.G. et al. Effects of Neural Crest-Derived Multipotent Stem Cells on Regeneration of an Injured Peripheral Nerve in Mice / R.G. Vasyliev, A.E. Rodnichenko, S.N. Shamalo, A.S. Demidchouk, I.F. Labunets, Yu.B. Chaikovskii, G.M. Butenko // Neurophysiology. — 2015. — Vol. 47, № 1. — Р. 80-83.
21. Васильев Р.Г. Мультипотентные стволовые клетки из бульбарного региона волосяного фолликула со свойствами производных нервного гребня // Проблемы криобиологии и криомедицины. — 2012. — Vol. 22, № 2. — С. 165-68.
22. Amoh Y. et al. Multipotent nestin-positive, keratin-negative hair-follicle-bulge stem cells can form neurons / Y. Amoh, L. Li, K. Katsuoka, S. Penman, R.M. Hoffman // Proceedings of the National Academy of Sciencesof the USA. — 2005. — Vol. 102, № 15. — Р. 5530-5534.
23. Sieber-Blum M. Pluripotent neural crest stem cells in the adult hair follicle / Sieber-Blum M., Grim M., Hu Y., Szeder V. // Developmental Dynamics. — 2004. — Vol. 231, № 2. — Р. 258-269.

Similar articles

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

International neurological journal №1 (95), 2018
Date: 2018.04.19
Categories: Neurology
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
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
Authors: Станков Д.С., Катунян П.И., Крашенинников М.Е., Онищенко Н.А.
International neurological journal 1(1) 2005
Date: 2008.05.29
Categories: Neurology
Sections: Specialist manual

Back to issue