EFFICACY OF FIBRIN MATRIX WITH NEUROINDUCED MESENCHYMAL STEM CELLS TRANSPLANTATION FOR RESTORATION SCIATIC NERVE FUNCTION AFTER ITS COMPLETE RUPTURE IN RATS
PDF

Keywords

fibrin matrix;
mesenchymal stem cells
peripheral nerves

Abstract

Abstract

EFFICACY OF FIBRIN MATRIX WITH NEUROINDUCED MESENCHYMAL STEM CELLS TRANSPLANTATION FOR RESTORATION SCIATIC NERVE FUNCTION AFTER ITS COMPLETE RUPTURE IN RATS

Piatykop V., Kaliuzhka V., Shchegelska O., Markevych M.

Peripheral nerves damage is a frequent pathology with significant socio-economic significance. The aim is to study the possibility of using fibrin matrices filled with neuroinduced mesenchymal stem cells (nMSC) to restore integrity of peripheral nerves. Methods. The study was carried out on 40 mongrel female rats. Sciatic nerves (SN) of all rats were intersected and then reconstituted using various methods. nMSC were obtained from rats` bone marrow and cultivated by special method. Results. Total anatomical rupture of SN without treatment led to persistent neurologic deficit (SFI = -98) in E1 group. Partial restoration of SN function increased to SFI = -37 on the 30th day in E2 (operative reconstruction) group. Partial restoration of SN function occurred after 20 days (SFI = -64) in E3 group (transplanted acellular fibrin matrix). Partial restoration of SN function started at the 3rd day, stably increased to SFI=-27 on 30th day in E4 group (transplanted fibrin matrix with nMSC). Histological evaluation showed: there were alternating portions of connective tissue with portions of nerve fibers in E2 group; in E3 group large scar was formed at the place of transplanted fibrin matrix; in E4 were found spindle-shaped and stellate cells with long processes running from one side of SN to another, cells of connective tissue and thin nerve fibers. Conclusions. It has been shown that transplantation of the fibrin matrix with nMSC was more effective for treatment of SN trauma than transplantation of cell-free fibrin matrix and close to the results of surgical reconstruction.

Keywords: mesenchymal stem cells, sciatic nerve, fibrin matrix.

 

Резюме

ЕФЕКТИВНІТЬ ТРАНСПЛАНТАЦІЇ ФІБРИНОВИХ МАТРИЦЬ ЗНЕЙРОІНДУКОВАНИМИ МЕЗЕНХІМАЛЬНИМИ  СТОВБУРОВИМИ КЛІТИНАМИДЛЯ ВІДНОВЛЕННЯ ФУНКЦІЇ СІДНИЧНОГО НЕРВУ ПІСЛЯ ЙОГО РОЗРИВУ УЩУРІВ

П’ятикоп В.О., Калюжка В.Ю., Щегельська О.А., Маркевич М.А.

Пошкодження периферичних нервів є частою патологією, що має значне соціально-економічне значення. Метою роботи є вивчення можливості використання фібринових матриць, заповнених нейроиндукованими мезенхімальними стовбуровими клітинами (нМСК) для відновлення цілісності периферичних нервів. Методи. Дослідження проводили на 40 беспородних щурах. Сідничні нерви (СН) всіх щурів перетинали і потім відновлювали їх цілісність різними методами. МСК отримували з кісткового мозку щурів і культивували спеціальним методом.Результати. Загальний анатомічний розрив СН без лікування призводив до стійкого неврологічного дефіциту (Sciatic functional index (SFI) = -98) у групі Е1. Часткове відновлення функції СН зросло до SFI = -37 на 30-й день у групі E2 (оперативна реконструкція). Часткове відновлення функції СН відбувалося через 20 днів (SFI = -64) в групі Е3 (трансплантований фібриновий безклітинний матрикс). Часткове відновлення функції SN починалося на 3-й день, стабільно збільшувалося до SFI=-27 на 30-й день у групі E4 (трансплантований фібриновий матрикс з нМСК). Гістологічна оцінка показала: формувались ділянки сполучної тканини з ділянками нервових волокон у групі Е2; у групі Е3 великий сполучнотканинниий рубець утворився на місці трансплантованого фібринового матриксу; в Е4 були виявлені веретеноподібні і зірчасті клітини з довгими відросткамии від однієї сторони СН до іншої, клітини сполучної тканини і тонкі нервові волокна. Висновки. Було показано, що трансплантація фібринового матриксу з нМСК була більш ефективною для лікування травми СН, ніж трансплантація безклітинної фібринової матриці та близька до результатів хірургічної реконструкції.
Ключові слові: мезенхімальні стовбурові клітини, сідничний нерв, фібринова матриця.

 

Резюме.

ЭФЕКТИВНОСТЬ ТРАНСПЛАНТАЦИИ ФИБРИНОВЫХ МАТРИЦ С НЕЙРОИНДУЦИРОВАННЫМИ МЕЗЕНХИМАЛЬНЫМИ СТВОЛОВЫМИ КЛЕТКАМИ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ФУНКЦИИ СЕДАЛИЩНОГО НЕРВА ПОСЛЕ ЕГО РАЗРЫВА У КРЫС.

Пятикоп В.А., Калюжка В.Ю., Щегельская Е.А., Маркевич Н.А.

Повреждение периферических нервов является частой патологией, имеющей значительное социально-экономическое значение. Цель состоит в том, чтобы изучить возможность использования фибриновых матриц, заполненных нейроиндуцированными мезенхимальными стволовыми клетками (нМСК), для восстановления целостности периферических нервов. Методы. Исследование проведено на 40 беспородных самках крыс. Седалищные нервы (СН) всех крыс пересекали и затем восстанавливали, используя различные методы. нМСК получали из костного мозга крыс и культивировали специальным способом. Результаты. Полный анатомический разрыв СН без лечения привел к стойкому неврологическому дефициту (SFI = -98) в группе Е1. Частичное восстановление функции SN увеличилось до SFI = -37 на 30-й день в группе E2 (оперативная реконструкция). Частичное восстановление функции СН произошло через 20 дней (SFI = -64) в группе E3 (трансплантированный фибриновый бесклеточный матрикс). Частичное восстановление функции СН началось на 3-й день, стабильно увеличилось до SFI = -27 на 30-й день в группе Е4 (трансплантированный фибриновый матрикс с нМСК). Гистологическая оценка показала: в группе Е2 были чередующиеся участки соединительной ткани с нервными волокнами; в группе Е3 образовался крупный рубец на месте трансплантированного фибринового матрикса; в E4 были обнаружены веретенообразные и звездчатые клетки с длинными отростками, идущими от одной стороны СН к другой, клетками соединительной ткани и тонкими нервными волокнами. Выводы. Было показано, что трансплантация фибринового матрикса с нМСК была более эффективной для лечения травмы СН, чем трансплантация бесклеточного фибринового матрикса и близка к результатам хирургической реконструкции.

Ключевые слова: мезенхимальные стволовые клетки, седалищный нерв, фибриновая матрица

https://doi.org/10.35339/ic.6.3.168–173
PDF

References

Y Lin, Michael & Manzano, Givenchy & Gupta, Ranjan. Nerve Allografts and Conduits in Peripheral Nerve Repair.// Hand clinics. 2013. 29. 331-48.

Tsymbalyuk V.I., Tretyak I.B., Gatskiy A.A The research of sciatic nerve combined plastics efficiency at it’s large defect by it’s functional recovery quantification in rats in experiment //Ukrainian neurosurgian Journal. 2012 – n.3. – P.48-51. In Ukrainian.

Siemionow M., Bozkurt M., ZOR F..Regeneration and repair of peripheral nerves with different biomaterials: Review. // Wiley-Liss, Inc. Microsurgery 30:574–588, 2010

Torres RY, Miranda GE. Epidemiology of Traumatic Peripheral Nerve Injuries Evaluated by Electrodiagnostic Studies in a Tertiary Care Hospital Clinic. Bol Asoc Med P R. 2015 Jul-Sep;107(3):79-84.

Петрова Д.Ю., Подгайский В.Н., Недзьведь М.К., Анищенко С.Л., Мечковский С.Ю., Зафранская М.М.. "Возможность восстановления поврежденных периферических нервов при трансплантации мезенхимальных стволовых клеток" Международные обзоры: клиническая практика и здоровье, no. 5 (11), 2014, pp. 5-14

Shchegel’skaya E.A., Mikulinskii Yu.E., Revishchin A.V., Omel’chenko E.A., Kul’shin V.E., Grishchenko V.I., Pavlova G.V., Korochkin L.I. Pluripotency of bone marrow stromal cells and perspectives of their use in cell therapy.// Russian Journal of Developmental Biology. – 2003. - V.34, n.3. - P.185-191.

Tsymbaliuk V. I., Petriv T. I., Medvediev V.V., Tatarchuk M. M., Draguntsova N. G., . Vasyliev R. G. Efficiency of peripheral nerve gaps restoration by different types of tissue engineering constructs according to electromyography: experimental study. //Ukrainian neurosurgian Journal. – 2017. – n.4. – P.60-66. In Ukrainian.

Ladak A., Olson J., Tredget E.E. Gordon T., Differentiation of mesenchymal stem cells to support peripheral nerve regeneration in a rat model.// Exp.Neurology. – 2011. - V.228, n 2. – P.22-252.

Likhodiievskyi V., Korsak A., Chaikovskyi Yu, Kryvosheyeva O., Lopatkina K. , Chernets V. Rats injured sciatic nerve recovery after treatment using electrosurgical instruments in welding regime. // Ukrainian Scientific Medical Youth Journal. – 2015. – V.89, n.3 – P.30-35.

Brooks DN, Weber RV, Chao JD, Rinker BD, Zoldos J, Robichaux MR, Ruggeri SB, Anderson KA, Bonatz EE, Wisotsky SM, Cho MS, Wilson C, Cooper EO, Ingari JV, Safa B, Parrett BM, Buncke GM. Processed nerve allografts for peripheral nerve reconstruction: a multicenter study of utilization and outcomes in sensory, mixed, and motor nerve reconstructions. Microsurgery. 2012 Jan;32(1):1-14. doi: 10.1002/micr.20975. Epub 2011 Nov 28. PubMed PMID: 22121093.

Korus L, Ross DC, Doherty CD, Miller TA. Nerve transfers and neurotization in peripheral nerve injury, from surgery to rehabilitation. Journal of Neurology, Neurosurgery and Psychiatry. 2016 Feb; 87(2): 188-197. doi: 10.1136/jnnp-2015- 310420. Epub 2015 Jul. Review. PubMed PMID: 26134850.

Fairbairn NG, Meppelink AM, Ng-Glazier J, Randolph MA, Winograd JM. Augmenting peripheral nerve regeneration using stem cells: A review of current opinion. World J Stem Cells. 2015 Jan 26;7(1):11-26. doi: 10.4252/wjsc.v7.i1.11. Review. PubMed PMID: 25621102; PubMed Central PMCID: PMC4300921.

Najafzadeh N, Esmaeilzade B, Dastan Imcheh M. Hair follicle stem cells: In vitro and in vivo neural differentiation. World Journal of Stem Cells. 2015 Jun 26; 7(5) :866-72. doi: 10.4252/wjsc.v7.i5.866. Review. PubMed PMID: 26131317; PubMed Central PMCID: PMC4478633.

Gatskyi O. O. Kombinovana plastyka peryferychnykh nerviv pry yikh velykykh defektakh (eksperymentalne doslidzhennia): avtoref. dys. ... kand. med. nauk : 14.01.05 / Gatskyi Oleksandr Oleksandrovych ; Nats. akad. med. nauk Ukrainy, DU "In-t neirokhirurhii im. A. P. Romodanova NAMN Ukrainy". - Kyiv, - 2015. - 23 s.

. Tsymbaliuk VI, Petriv TI, Molotkovets VY, Vasyliev RG, Tatarchuk MM, Burkush II. Development of walking track device for functional recovery analysis after experimental sciatic nerve injury. Світ медицини та біології. 2017; 3: 157-160.

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 (Warsz). – 2009. – Т. 68. – No. 1. – С. 1-7.

Пятикоп В.А., Карамышев В.Д., Шеверева В.М., Дворцевой В.К.. Гистологический анализ изменений тканей головного мозга крыс с экспериментальным паркинсонизмом до и после трансплантации криоконсервированных эмбриональных нервных клеток. Проблемы криобиологии. 2006; 16(2): 211–6. 5.

Пятикоп В.А., Щегельская Е.А., Микулинский Ю.Е., и др. Восстановление структурно-функциональных параметров у крыс с криогенной травмой головного мозга после трансплантации клеток стромы костного мозга, индуцированных в нейробласты. Проблемы криобиологии. 2005; 15(3): 449– 51.

Vladimir Pyatikop, Mohammad Ahmad Msallam Jr, Elena Shchegelskaya, Igor Kutovoy, Galina Gubina-Vakulik

Migration features of labeled bone marrow mesenchymal stem cells in rats with modeled Parkinson-like syndrome UNJ 2014, №3,p.42-48

Copyright for articles published in the journal is regulated by the License Agreement for the use of a scientific article in the journal, which is concluded between the author of the article (Licensor) and Kharkov National Medical University (Licensee, publisher of the journal "Inter Collegas"). The licensor grants to the Licensee a non-exclusive non-exclusive license for the use of the article (a license that does not exclude the use of the article by the Licensor and the issuance of licenses to others for use of this article) on the terms and for the period specified in the contract. The licensor (the author of the article) grants the Licensee the right to reproduce the article (publication in the journal "Inter Collegas", publication, duplication, duplication or other reproduction of the article without limiting the circulation of copies, each copy of the article must contain the name of the Licensor; Of general information, including the publication of the article in full or in part on the Internet on the journal page, the right to use the metadata of the article (titles, full names of authors, annotations, bibliography eskih materials) through the dissemination and communication to the public, processing and systematization, as well as inclusion in various databases and in-formational system).

The licensor grants the licensee the right to transfer, store and process his personal data (full name, scientific degree, academic title, place of work and position, contact information of the authors) with the purpose of including them in the database in accordance with the Law of Ukraine No. 2297 - VI "on protection of personal data" from 01.06.2010.

Personal data and metadata of the article are provided for their storage and processing in various databases and information systems, including them in analytical and statistical reporting, creating sound relationships between the objects of works of science, literature and art with personal data, etc. on unlimited territory. The licensee has the right to transfer the specified data for processing and storage to third parties provided that such a fact is notified with the provision of information about the third party (name and address) to the Licensor.