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原始研究的文章

前面。Biomater。科学。,02 February 2023
秒。生物材料科学再生疗法
卷2 - 2023 | https://doi.org/10.3389/fbiom.2023.1041018

受伤的神经反应良好集成的张力和conduit-based再生策略

www.雷竞技rebatfrontiersin.orgTing-Hsien壮族 1,www.雷竞技rebatfrontiersin.org伊丽莎白奥罗斯科 1、2,www.雷竞技rebatfrontiersin.orgJae君南1,www.雷竞技rebatfrontiersin.org肯尼斯·Vaz1,www.雷竞技rebatfrontiersin.org理查德。m .情人3www.雷竞技rebatfrontiersin.orgSameer b·沙阿 1、2、4*
  • 1矫形外科部门,加州大学圣地亚哥分校拉霍亚,CA,美国
  • 2研究服务、VA圣地亚哥医疗中心、圣地亚哥、钙、美国
  • 3马里兰大学医学院整形外科学系,巴尔的摩,医学博士,美国
  • 4生物工程部门,加州大学圣地亚哥分校拉霍亚,CA,美国

作品简介:大量合成、混合和生物移植和管道已经被部署在周围神经差距促进轴突再生。尽管一些策略显示承诺,更大的差距仍然是一个尚未解决的临床难题。最近的证据表明,tension-based策略为神经修复提供一种很有前途的替代方法。然而,是否以及在多大程度上切断周围神经承受和适应紧张,尤其是在关键的早期干预,尚不明朗。

方法:在这项研究中,我们评估immuno-histochemical结果来测试假设受伤鼠坐骨神经适应株高达20%,神经损伤的变形大小超过经常被引用的阈值。我们也评估的可能性将张力与conduit-based神经修复方法。

结果和讨论:没有赤字的轴突,基底层流或细胞外基质的形态与紧张,尽管近端和远端树桩实验组神经的显示异常形态接近受伤的网站。神经轴突的延伸成功了通过指导管道的远端树桩在6周内修复,从而展示结合张力和conduit-based再生的可行性策略。

介绍

周围神经外伤是一个衰弱的临床挑战,导致运动障碍、感觉丧失、和慢性疼痛。切断神经,端到端维修带来较好的临床结果相比graft-based修理(Millesi 1986;加戈et al ., 2021)。然而,过度紧张修复网站会导致神经损伤和灾难性修复失败(Maeda et al ., 1999;桑德兰et al ., 2004)。鉴于这种担忧,外科医生通常使用一个移植修复大(> 1厘米)神经缺陷(Grinsell基廷,2014;辛格et al ., 2022)。自体移植(自体)是当前黄金标准修复这样的差距,但受限于施主能级发病率,神经瘤,几何不匹配的贪污与近端和远端神经树桩的长度和移植的可行性和局限性可以收获(施密特和浸出,2003年;温顺的et al ., 2005;斯莱姆et al ., 2022)。此外,自体移植术疗效明显减少差距> 3厘米(斯莱姆et al ., 2022)。

大部分替代策略治疗严重的神经损伤涉及到工程的合成、生物、或混合管道或移植(例如增加优雅和复杂性。了(施密特和浸出,2003年;李et al ., 2021;Poongodi et al ., 2021;阿西斯等人,2022年;斯莱姆et al ., 2022)]。这种方法取得了临床翻译,非细胞人类同种异体部署在越来越多的临床试验和大规模数据库(Safa et al ., 2020)。另一方面,通过轴突必须移植引入额外的长度增长,最后到达远端神经的树桩(布朗et al ., 2009;Bhatia et al ., 2017),虽然有一些临床设置(Rbia et al ., 2019),同种异体没有实现自体功效为所有临床上下文(邓恩et al ., 2021;Peters等人。,2021年)。因此,仍然是一个关键需要新的再生策略。

虽然不是传统分类为“生物材料”或“贪污”策略,“植入式生物医学设备和非生物nerve-interfacing代表另一种神经再生的方法。周围神经接口早已植入神经调节或记录(射线和毛雷尔,1975)。相应地,神经刺激原则已经集成到再生技术(Asri组织et al ., 2022;Maeng et al ., 2022)。虽然不那么典型,tension-based策略也日益纳入生物医学设备周围神经修复。简称为空白,端到端自体修复在张力的表现张力,根据功能和组织学结果(Hentz et al ., 1993;桑德兰et al ., 2004;豪沃思et al ., 2019 a),确认受伤神经树桩可以容纳张力如果可以保护修复(Kechele et al ., 2011)。对于更大的缺口,nerve-lengthening策略用于老鼠,兔子,和灵长类动物模型。这些策略,包括修改外部固定器和基于螺丝的致动器(Beris et al ., 1996;Arnaoutoglou et al ., 2006;Saijilafu et al ., 2006;Sharula et al ., 2010;尤瑟夫et al ., 2015),通常表明积极的结构和功能的结果。我们建立在这些研究通过开发紧凑,植入式设备吸引了残端线性向远端树桩促进更多的远端神经回贴在随后的端到端修复手术。这种方法产生了类似或优于自体的结果(壮族et al ., 2013;豪沃思et al ., 2019 b;豪沃思et al ., 2020)。

尽管有前景的结果,tension-based再生方法在很大程度上反映了实证实验。因此,我们缺乏洞察是否以及在多大程度上切断周围神经承受和适应紧张,尤其是在关键的早期干预(艾布拉姆斯et al ., 1998;江et al ., 2008)。在这项研究中,我们的主要目的是测试假设神经形态学提供高达20%的菌株,变形大小超过通常引用阈值对神经损伤血管或神经元素(墙et al ., 1992;布朗et al ., 1993)。此外,我们和其他人假设可能有好处同时整合与conduit-based tension-based策略解决方案(Bazarek et al ., 2022;曾庆红等人。,2022年)。例如,可以拉伸到神经残端差距,连接到一个管道,从而减少所需的有效长度是弥合差距和管道材料管道相比,标准的张力。因此,一个次要目标本研究旨在评估基于tension-conduit相结合的方法的可行性。

材料和方法

动物

动物使用UCSD机构批准的动物保健和使用委员会。成年男性的雄性sd大鼠中12周的时代(350 - 400克)。由于我们最初的观察自身分裂的Sprague-Dawley老鼠(卡尔et al ., 1992),刘易斯老鼠(N = 2 - 3组)相同的年龄也在随后的群体;没有任何明显差异在应变测量结果(除了自身分裂),所以菌株之间的数据池。一群年龄组也提供一个参照系用于参数值在受伤的神经;这没有任何的影响改变加载侧控制四肢。

神经损伤和设备植入

坐骨神经的差距被诱导为先前发表在一份手稿神经损伤的详细方法,设备制造,设备植入(壮族et al ., 2013)。简单地说,麻醉诱导下5%异氟烷,紧随其后的是皮下注射止痛剂(0.05毫克/公斤丁丙诺啡)和抗生素(5毫克/公斤上边®),股二头肌的神经暴露通过分离头。与臀部、膝盖和脚踝在一个中立的位置,一个8、10或12毫米的坐骨神经切除了近端,三根分叉部的创建菌株0%∼10%∼20%设备植入(图1一个),对10毫米的差距之间的近端和远端树桩(图1 b)。菌株的残端计算基于间距两个神经外画标记的变化只是近端铐地区设备植入(之前和之后份et al ., 2017)。

图1
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图1。植入装置和实验设计的示意图。(一)鼠坐骨神经段删除维度创建0%,10%或20%应变的残端连接到10毫米管道时,删除长段对应较高的菌株。(B)混合神经延长和PLGA支架装置的示意图(cf。壮族et al ., 2013),允许结合tension-conduit再生方法。根据残端受到不同程度的紧张神经段的长度(见删除(一)]。(C)histomorphometric分析采样区域的示意图。(D)总图像提取装置和床神经植入后4 - 6周。插图显示了提取设备的细节。神经袖口面临垂直于成像平面。PLGA依然贴在床内神经神经。酒吧:3毫米。

植入设备略修改从原来的设备(图1 b;cf。图5 (壮族et al ., 2013)]。简单,设备由self-sizing硅胶螺旋神经袖口∼直径0.85毫米(cf。图2 (壮族et al ., 2013)],伸缩式支柱(14号不锈钢hypotube在不锈钢杆直径1.57毫米),袖口有伴儿了,和28-gauge钢丝锚安全设备底层神经床。神经袖口抓住两个神经树桩,同时分布在残端张夹紧负荷。聚(乳酸co-glycolic)酸(PLGA)神经引导通道(NGC, cf。图3 (壮族et al ., 2013)1.2∼-1.6毫米内径,壁厚0.3 - -0.4毫米,长度中指定图1也集成到每个设备,远端近端袖口(壮族et al ., 2013)。NGC尺寸允许其腔内的神经休息,没有压缩。所有组件都是贴在设备使用医用级骨干正丁基cyanoacrylate胶粘剂(壮族et al ., 2013)。

设备在使用前使用环氧乙烷灭菌。设备的骨干是沿着原始轴定位的神经和肌肉使用28-gauge钢丝固定在底层。近端和远端神经树桩被固定在袖口和NGC组,神经树桩的建议是仔细带到的PLGA NGC通过操纵神经外膜(cf。图5 (壮族et al ., 2013)]。

对于所有的动物,都维持在2% - -2.5%异氟烷麻醉手术。设备植入后,切口4 - 0 Vicryl肌肉和皮肤被关闭®缝合和3 - 0缝线®分别单丝缝合。老鼠术后止痛剂和完全访问提供食物和水。质量的装置植入一个整形外科医生在外观上得到了证实。

组织样品制备

老鼠安乐死通过有限公司23或6周后手术,来评估和神经轴突的结果histomorphometry在早期修复后时间点。在终端的时间点,以及检索的植入装置至少8毫米的每个神经树桩。注意铐地区后,神经释放装置,固定在软木松弛长度和snap-frozen液体nitrogen-chilled异戊烷。解剖之前,嵌入Tissue-Tek感兴趣的部分®O.C.T.化合物(樱花Finetek托兰斯,CA)和10μm横断面切片,切片在低温恒温器(CM3050S、徕卡、布法罗格罗夫,IL),安装在载玻片。横截面得到从4地区沿神经(图1 c):1)远残端(∼10毫米近端神经gap);2)残端附近(在袖口,∼3毫米近端神经gap);3)远端树桩附近(在袖口,∼3毫米远端神经gap);4)远远远端树桩(∼10毫米远到原始神经差距)。

免疫组织化学(包含IHC),成像和图像处理

评估切断神经变性和再生树桩,以下主要抗体,与适当的anti-mouse或anti-rabbit Alexa萤石®-488年或-594年共轭二次抗体(表达载体,卡尔斯巴德,CA):使用鼠标单克隆anti-rat SMI31(磷酸化神经丝)抗体(Abcam ab24573,剑桥,MA);兔多克隆抗体anti-laminin(σL9393,圣路易斯,密苏里州);鼠单克隆anti-CD68 (pan-macrophage;Abcam ab31630, Cambridge, MA)。所有抗体都1:200稀释。此外,马森的三色的染色(保利科学湾海岸,纽约)是用来确定结缔组织本地化。标记的幻灯片是可视化使用徕卡TCS SP5共焦显微镜(徕卡微系统,布法罗格罗夫,IL) 10倍/ 0.6和63 x / 1.4目标激发和发射过滤器适合理想的荧光团。

轴突计数和巨噬细胞数量10 x重度31 antibody-labeled部分的图像被转换为8位二进制图像ImageJ (v1.47;NIH,马里兰州贝塞斯达),使用大津阈值的方法,计算后的“分析粒子”功能删除所有对象少于4像素等大型结构以及血管和神经外围artifactual标签。轴突和巨噬细胞密度计算了轴突或巨噬细胞数除以intra-epineurial区域的神经的横截面积,不包括主要血管。轴突直径测量,两个随机选择的63 x共焦图像SMI31-labeled神经是用大津阈值的方法和加工使用自定义MATLAB算法(MathWorks纳蒂克,MA)基于像素每个对象。基膜完整性评估从63 x的共焦图像层粘连蛋白antibody-labeled幻灯片。量化基板的连接和完整性,我们63 x laminin-labeled神经的图像转换成一个二进制图像利用大津方法后应用高斯平滑滤波器(半径3)原始图像,减少高频噪声。层粘连蛋白面积分数计算来衡量整个基板的存在。层流压实被手动量化评估开放层流对象(未压实的)总比层流对象(n> 80 /部分)。结缔组织中使用标准渗透和完整性表1,稍微修改(份et al ., 2017)。

表1
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表1。盲人方案得分的神经外完整性和结缔组织基于三色的染色渗透。

统计数据

意味着参数在设备植入组相比,使用混合双向方差分析测试的影响区域(一个重复测量)和压力。事后比较了使用Sidak的测试中,占多重比较。Dunnett近端测试是用来比较远的地区在每个应变控制的价值观。最小样本容量4动物每组被要求达到0.85的幂和错误α为0.05,给出影响大小的0.45计算基于飞行员使用科恩的d (n巨噬细胞密度的均值和标准差= 3)。功率计算进行使用G *功率3.1 (福尔et al ., 2007)。保守的,5 - 7每组样本进行了分析。样本大小的变化在一组导致早期安乐死要求由于自残上面所提到的一些组织。n= 7装置植入进行应变为10%和20%在3周的时间点,n= 6 0%应变在3周的时间点,和n= 5为每个应变在6周的时间点。

结果

设备植入

我们渡过一个10毫米后成功的装置植入神经差距导致0%的(0.0±0.0),∼10%(10.2±0.3%),或∼20%(20.2±0.7%)应变在一个位置的残端近端铐神经。检索的植入装置清洁3和6周后上覆松散附着层结缔组织内(图1 d;cf。图6 (壮族et al ., 2013),神经容易释放从袖口和PLGA支架进行后续分析。另一方面,所有Sprague-Dawley老鼠的27.8%(5/18)表现出显著的自切受伤的肢体,安乐死在三星期的端点。这种行为不与应变,33%,16.7%,0%,和33%的动物10%和20%应变组,分别受到影响。刘易斯的老鼠没有表现出自身分裂,与以前的数据一致(卡尔et al ., 1992)。

残端

我们检查了影响再生残端上的张力,在完整而且机械加载(近端)地区,和新再生(近端)附近地区的残端(图1 c)。首先,我们评估了轴突的数量、密度和基于immunolabeling磷酸化神经纤维细丝直径(图2;表2)。双向方差分析表明没有应变或地区对轴突数量或直径的影响,但显著影响的地区在轴突密度(p< 0.028;表2)。这最显著的区域差异体现20%应变小组,远的近端树桩包含轴突密度要明显高于近端附近地区(p< 0.039;表2)。轴突密度和数量在遥远的近端(最完好无损)地区没有显著不同于控制神经(密度:p> 0.6;数量:p> 0.5);然而,这三个菌株的平均轴突直径明显小于控制神经(1.65±0.14;p< 0.02,Dunnett测试)。

图2
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图2。轴突(SMI-31) immunolabeling残端。(两者)代表共焦图像的轴突immunolabeling远残端神经紧张(一)0%;(B)10%;和(C)20%。(′- c′)代表共焦图像的轴突immunolabeling残端附近的神经紧张(′)0%;(B′)10%;和(C′)20%。(D)二进制图像样本用来量化轴突的参数。(E)侧控制神经。Insets的(D, E)显示单独的轴突可以清楚地得到解决。酒吧规模:100µm。(F)轴突直径没有显著影响地区或变形。额外的结果和综合统计分析提出了表2

表2
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表2。总结的意思形态参数残端(平均+ /−SEM)。

然后我们研究了张力对炎症反应的影响和结构环境的残端。再次,没有张力对巨噬细胞密度的影响p= 0.27),一个强大的区域效应观察(p< 0.0005)。增加巨噬细胞浸润是观察到附近残端与远残端为所有组(图3;表2为应变组(10%),显著p< 0.003,Sidak)。与这个结果一致,盲目得分神经外完整性和intra-epineurial结缔组织渗透并没有发现张力的影响,但显著影响的地区在两个神经外完整性(p< 0.0001)和结缔组织渗透(p< 0.0002;图4;表1,2)。在应变0%和20%,其事后测试显示减少神经外完整性(0%:p< 0.006;10%:p< 0.06;20%:p< 0.001;Sidak)和结缔组织增加渗透(0%:p< 0.002;20%:p< 0.03;Sidak)相比,远远近端附近地区。遥远的残端也保持优越的基膜的完整性与残端附近。层粘连蛋白immunolabeling透露,虽然面积分数区域相似,有显著影响的地区的开放层流管(p< 0.0001),与更高的分数相比,远远近端近端附近地区三个菌株(p< 0.0001为所有菌株;图5;表2)。没有观察到显著差异在巨噬细胞密度,神经外完整性、结缔组织渗透,或层流完整性之间的残端和侧控制神经。

图3
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图3。巨噬细胞(CD68) immunolabeling残端。(两者)代表共焦图像显示最小CD68 immunolabeling远残端神经紧张(一)0%;(B)10%;和(C)20%。(′- c′)代表共焦图像显示增加CD68 immunolabeling残端附近的神经紧张(′)0%;(B′)10%;和(C′)20%。(D)侧控制神经。酒吧规模:250µm。(E)巨噬细胞密度是影响区域(* R:p< 0.05,影响地区,双向方差分析;*:p< 0.05,NP与FP),但不是变形与近端附近地区表现出更高的密度。额外的结果和综合统计分析提出了表2

图4
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图4。层粘连蛋白immunolabeling残端。(两者)代表共焦图像层粘连蛋白immunolabeling显示开放的层流管残端神经紧张(一)0%;(B)10%;和(C)20%。(′- c′)代表共焦图像层粘连蛋白immunolabeling显示更高的压缩层流管的可能性附近残端神经紧张(′)0%;(B′)10%;和(C′)20%。(D)侧控制神经。酒吧规模:20µm。(E)开放层流管的比例是影响区域(* R:p< 0.05,影响地区,双向方差分析;*:p< 0.05,NP与FP),但不变形,与近端附近地区表现出增加层粘连蛋白重塑和压实。额外的结果和综合统计分析提出了表2

图5
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图5。在残端神经外的完整性。(模拟)代表trichrome-stained神经显示完整的神经外边界的图像的残端神经紧张(B)0%;(A, C)10%;和(D)20%。(′- d′)代表三色的图像显示更多的弥漫性神经外边界附近的残端神经紧张(B′)0%;(A′, C′)10%;和(D′)20%。酒吧规模:100µm。(E)神经外的完整性和(F)结缔组织渗透影响地区(* R:p< 0.05,影响地区,双向方差分析;*:p< 0.05,NP与FP;^p< 0.06的强大趋势,NP与FP),但不变形,与近端附近地区表现出减少神经外完整性和增加结缔组织渗透到神经神经束。额外的结果和综合统计分析提出了表2

远端树桩

我们也探讨张力是否加速或抑制退化的结果远树桩,以及结构是否响应不同的区域。没有紧张的影响,有利的或不利的,在任何炎症在远端树桩和形态学参数。残端一样,地区接近受伤的网站(远端附近)有经验的增加结缔组织渗透和减少层流完整性与远端树桩(图6 - 8;表3)。虽然没有区域影响巨噬细胞密度(p= 0.018),有显著的地区神经外完整性(p< 0.0001)结缔组织渗透(p< 0.0001),打开层流管的比例(p< 0.0001),以及一个强大的趋势差异层流面积分数(p< 0.07)。事后测试显示明显高于神经外完整性(0%:p< 0.005;10%:p< 0.02;20%:p结缔组织Sidak < 0.02),低渗透(0%:p< 0.01;10%:p< 0.004;20%:p< 0.01,Sidak),和更开放的层流管(0%:p< 0.0003;10%:p< 0.03;20%:p< 0.003,Sidak)远端地区相比,远端附近地区。

图6
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图6。巨噬细胞(CD68) immunolabeling远树桩。(两者)代表共焦图像显示适度水平的CD68 immunolabeling远近地区远端树桩的神经紧张(′)0%;(B, B′)10%;和(C, C′)20%。酒吧规模:250µm。(D)巨噬细胞密度没有明显受区域或在远端桩变形。额外的结果和综合统计分析提出了表3

图7
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图7。层粘连蛋白在远端immunolabeling树桩。(两者)代表共焦图像显示层流压实近远端神经紧张的树桩(一)0%;(B)10%;和(C)20%。(′- c′)代表共焦图像显示管层流形态在远端神经紧张的竞选活动中(′)0%;(B′)10%;和(C′)20%。酒吧规模:20µm。(D)开放层流管的比例是影响区域(* R:p< 0.05,影响地区,双向方差分析;*:p< 0.05,NP与FP),但不变形,与远端附近地区表现出增加层粘连蛋白重塑和压实。额外的结果和综合统计分析提出了表3

图8
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图8。在远端神经外完整性树桩。(模拟)代表三色的图像显示更高的弥漫性神经外边界的可能性远端附近的神经紧张(B)0%;(A, C)10%;和(D)20%。(′- d′)代表三色的图片显示完整的神经外边界在远端神经紧张的树桩(B′)0%;(A′, C′)10%;和(D′)20%。酒吧规模:100µm。(E)神经外的完整性和(F)结缔组织渗透影响地区(* R:p< 0.05,影响地区,双向方差分析;*:p< 0.05,NP与FP),但不变形,与远端附近地区表现出减少神经外完整性和增加结缔组织渗透到神经神经束。额外的结果和综合统计分析提出了表3

表3
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表3。总结的意思形态参数远树桩(平均+ /−SEM)。

轴突的产物

符合压力轴突的缺乏的不利影响,结构,和炎症反应在近端或远端树桩,轴突再生成功一半的PLGA移植在所有三个实验组,每组3周,到远端树桩在6周(图9)。再生的准确定量评价结果被变化所挫败的意想不到的部分压扁的PLGA管在所有三组。然而,基于面积分数指导渠道内的再生轴突(3周)和远端树桩(6周),没有明显差异结构观察再生。

图9
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图9。轴突到远端树桩产物。(A, B)轴突(SMI-31 immunolabeling)发展成PLGA管道损伤后3周内,不管。(C, D / C′D′)观察轴突的强劲增长(C, D)远端附近的树桩和(C′D′)远端树桩,无论伸展,损伤后6周内。这些发现证实了可行性tension-based和conduit-based策略相结合的轴突再生。酒吧规模:100µm。

讨论

在这项研究中,我们从形态学的角度解决两个问题:1)张力是否会影响短期内切断神经的再生反应;2)区域差异是否可以检测到在应对紧张的再生反应。在回答这些问题,我们也评估tension-based再生的可行性策略结合神经导管。我们的数据表明,张力不再生轴突损害结果在株高达20%。符合这样的增长,也没有不利影响高达20%的菌株的形态学上的轴突,基板,或细胞外基质,建议切断近端神经树桩确实可以容忍和积极适应明显的机械载荷在再生(图2- - - - - -5,9;表2)。实施的紧张也没有改变的远端树桩沃勒变性(指标图6 - 8;表3)。几个有趣的区域差异在结构中观察到的神经区域,似乎是结构完整,宏观上。这些差异可以再生环境质量的重要影响,当配对tension-based策略与渠道或移植。

影响压力切断神经的再生

像其他组织跨关节周围神经存在于一个动态生物力学环境。过度的机械负荷会严重损害周围神经功能,通常与不可逆转的压力高于8%∼-12%传导赤字,结构性损伤,血管缺血,形成瘢痕和粘连(Lundborg和Rydevik, 1973年;Millesi 1981;Millesi 1986;Ogata Naito, 1986;墙et al ., 1992;布朗et al ., 1993;Tanoue et al ., 1996;弗洛雷斯et al ., 2000)。另一方面,在关节运动、神经经验矛盾区域压力高,在某些情况下接近30% (赖特et al ., 2001)。如此大的变形可能反映区域神经结构和生物力学性质的差异(菲利普斯et al ., 2004;梅森和菲利普斯,2011年;唱et al ., 2019),表明神经能够适应他们的机械环境(穆勒和•马卢夫,2002)。符合这个角度看,张力已经指出促进神经元生长,需要适当的神经功能和生存(Anava et al ., 2009;Siechen et al ., 2009)。基线条件下培养的神经元也表现出轴索的张力,并可显著延长拉伸加载,利率超过通过生长锥进步(1984年布雷;Dennerll et al ., 1989;郑et al ., 1991;费et al ., 2004)。轴突直径和生物过程细胞器和细胞骨架等交通维护,或者在某些情况下,增加拉伸后,显示一个活跃的张力结构和生物反应(旺销et al ., 2011;鲍勃et al ., 2015)。同样,在组织层面上,周围神经适应生理水平的延长在有机体生长以及实施期间延长手术如limb-lengthening手术(桦树和Samchukov, 2004年;辛普森et al ., 2013)。因此,有大量的证据表明,适度紧张的神经反应。

一些研究,包括设备的修改版本,已经证明的可行性直接端到端张力下修理(Hentz et al ., 1993;桑德兰et al ., 2004;Kechele et al ., 2011;豪沃思et al ., 2019 a)。此外,在天周逐渐延长其后端到端修复也导致积极的结果(Sharula et al ., 2010;Hara et al ., 2012;豪沃思et al ., 2019 b;豪沃思et al ., 2020)。然而,轴突密度以外,偶尔神经几何、小量化提供形态应对紧张。我们的数据补充这些研究通过提供详细的形态学证据没有副作用株高达20%的轴突的数量和质量以及一致的再生环境近端和远端损伤部位。似乎没有缺点对近端树桩超过8% -12%的水平变形为神经损伤阈值(Lundborg和Rydevik, 1973年;Millesi 1981;Millesi 1986;Ogata Naito, 1986;墙et al ., 1992;布朗et al ., 1993;Tanoue et al ., 1996;弗洛雷斯et al ., 2000)。最大压力施加在这个研究经历类似老鼠神经联合配置对应于最大生理压力(份et al ., 2017)。方法论上,实施压力是通过引人入胜的神经神经相对较大的表面积,这样当地的压力可能会分布在这个区域。这种特性可能会防止神经压力浓度在加载和应该被集成到设备为临床设计翻译。由于封装的神经和设备在维修期间,是不可能的,以评估的程度的神经重新来缓解这种紧张关系。然而,在体外学习和考试的受伤表明神经轴突直径和神经功能的一致性响应变形以及增加节间的距离(费et al ., 2004;辛普森et al ., 2013;的旺销,斯特,2015年)。这些观察表明积极的纵向和径向神经纤维的生长。事实上,缺乏对变形的不利影响表明,最大阈值可能超过20%。

从设备设计的角度来看,一个重要的区别我们的方法与以前的方法是使用神经袖口重新分配紧张。缝合撤军作为可能的失败模式引用在神经牵引后回贴的神经和其他组织(艾布拉姆斯et al ., 1998;江et al ., 2008)。相反,神经袖口更有可能比缝合线分发局部应力集中,从而更多的可以预见和强劲适应压力。

再生和退化环境的区域差异

我们的研究的一个重要结果是戏剧性的地区差异的观察在近端和远端树桩(图10)。近端(完整的)地区的“生活”残端,正如所料,相似的质量和构成侧控制神经。轴突直径残端略小的这三个菌株,可能二次回最初的死亡后神经横断(Geuna et al ., 2009)。然而,细胞外基质和基底膜保持完整性和没有轴突数量和密度的差异。受伤,铐控制神经还显示底层结构没有明显变化,确认没有任何观察到的地区差异工件的压神经病变观察植入的厚,大的袖口(古普塔et al ., 2004;古普塔et al ., 2012)。

图10
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图10。示意图总结观察区域附近的神经形态学的变化,远离伤害。接近受伤/移植部位结果更重要的改造比地区远离伤害/移植部位。远端树桩似乎改造进一步沿着其长度比近端树桩,符合沃勒变性。

新再生轴突数量呈现下降趋势在近端附近区域比远近端区域表明并不是所有受伤的轴突再生。这也反映在一个重要的地区对轴突密度的影响,在近端附近地区表现出显著降低轴突密度(表2)。这些影响轴突质量伴随着大量新再生神经的结构质量的差异。事实上,近端附近地区表现出增加巨噬细胞和结缔组织渗透以及减少神经外和基膜完整。这种现象在受伤部位将本身,从而可以反映残余影响从最初的损伤,或逐渐逆行流暴露再生神经的炎症和纤维化的通路,在3周是几个毫米的近端附近区域(图9)。

在远端树桩,我们最初的假设,基于宏观总值一致的外观,神经会显示类似的再生环境。如果有的话,根据研究表明一个贫穷的再生环境在遥远的远端树桩,远端附近区域可能会提供一个更有利的再生环境(戈登,2020)。然而,尽管这两个地区显示一些层流压实与沃勒变性一致,有炎症的戏剧性的差异和结构环境之间的远近远树桩。事实上,远端附近树桩显示增加结缔组织渗透,减少层流足迹,减少神经外和层流的完整性。也为残端,这些观察结果可能反映一个循序渐进的近端到远端炎症和纤维化的进程的发展新兴的神经横断。这些变化将产生巨大的负面影响在任何轴突进入远端树桩,随着他们的成长对他们有针对性的器官。这一发现对临床的影响是双重的。首先,最初的削减,或“淡化”,只有几毫米的远端神经树桩在最初的修复,同时提供一个视觉干净的界面来保护移植,可能不会,事实上,提供一个良好的再生环境如果内部环境没有类似的“清洁。“这可能提供一个额外的因素的不良反应神经横断(施密特和浸出,2003年;温顺的et al ., 2005;斯莱姆et al ., 2022)。第二,如果这个可怜的结构质量的确是一个初始损伤的结果,尽管违反直觉的,它可能是有益的更积极地削减远端树桩,促进轴突的产物更支持环境。Tension-based策略可能抵消这种额外的修剪。

限制和对周围神经再生的影响

我们的数据支持使用神经延长神经再生的策略。神经成功延伸使用设备,稳定保持在加载不打滑。通过一个集成的管道轴突也强劲再生。由于缺乏任何不良表型,即使按最保守的数据解读,延长神经提供一个2毫米(20%)在关闭10毫米神经缺口,或4毫米(40%)开始如果评估基于神经的长度从差距中删除(12毫米和8毫米)。

当我们成功评估再生轴突的质量及其周围结构和炎症环境中,我们的研究的一个限制是我们没有比较功能再生由于我们集中于早期的神经反应点。每一批之前的研究,总结了(木头et al ., 2011功能评估),在之后的时间点可能是最有价值的3 - 4个月。我们研究的另一个局限性是观察到的部分几个PLGA管道mid-graft崩溃。虽然这并不影响我们的数据分析或解释的准确性,并增加了可变性和排除mid-graft轴突密度和数量的准确量化。尽管PLGA已成功用于制造神经再生支架与适度的结构和功能恢复(哦,和李,2007年;哦,et al ., 2008),其生物降解性可能使它们脆弱以及引起局部炎性反应在碎片(Chereddy et al ., 2016)。因此,一种更健壮的,non-tubular管道如自体移植或非细胞同种异体移植物可能提供一个更稳健的选择时间差距。交替,因为质量差的远端附近树桩上面所提到的,提出动态延长将加速差距关闭,尽管需要后续的淡化和端到端修复汇合清洁接口。先前的研究已经证明了延长的可行性和潜在的利益以外的残端远端边缘的树桩,这样在设备拆除,神经树桩都消减了并接了一个接口,在缺乏贪污(Vaz et al ., 2014;豪沃思et al ., 2019 b;豪沃思et al ., 2020)。总的来说,我们的工作增加了越来越多的证据表明,神经能够容忍应变,而神经延长提供一个有吸引力的和周围神经修复的新方法。

数据可用性声明

原始数据支持了本文的结论将由作者提供,没有过度的预订。

道德声明

动物研究回顾和批准加州大学圣地亚哥机构动物保健和使用委员会。

作者的贡献

T-HC和学生设计实验。T-HC和KV设计并执行实验。T-HC、EO约,KV, RL,党卫军分析数据。T-HC和SS撰写草案最初手稿。所有作者审查和编辑的手稿。

确认

我们感激地承认资金从国防部(w81xwh - 10 - 1 - 0773和w81xwh - 20 - 1 - 0510),美国国家科学基金会(CBET1042522)和加州大学圣地亚哥分校国家骨骼肌研究中心。我们也承认有帮助与神经肌肉的生物工程实验室和贾斯汀·布朗博士。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

出版商的注意

本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。

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关键词:周围神经,拉伸加载,神经损伤和再生,轴突,基板,extracellar矩阵,PLGA,管道

引用:壮族的张茵,奥罗斯科E,南JJ, Vaz K,情人RM和沙某人(2023)受伤的神经反应一个集成的张力和conduit-based再生策略。前面。前面。Biomater。科学。2:1041018。doi: 10.3389 / fbiom.2023.1041018

收到:2022年9月10日;接受:2023年1月18日;
发表:2023年2月02。

编辑:

西尔维亚票价的意大利米兰理工大学,

审核:

文森特·菲茨帕特里克美国塔夫茨大学,
罗伦萨德拉吉意大利米兰理工大学,

版权Vaz©2023壮族,奥罗斯科,不结盟运动,情人和沙。这是一个开放分布式根据文章知识共享归属许可(CC)。使用、分发或复制在其他论坛是允许的,提供了原始作者(年代)和著作权人(s)认为,最初发表在这个期刊引用,按照公认的学术实践。没有使用、分发或复制是不符合这些条件的允许。

*通信:Sameer b·沙阿sbshah@health.ucsd.edu

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