Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Förderung der peripheren Nervenregeneration durch "Tissue engineering"

Kreth, Janett

Biohybrid nerve transplants are a possibility to bridge long gaps in peripheral nerves. Therefore polysialic acid (PolySia) was tested as scaffold material in this study. The clinical gold standard is the use of an autogenous nerve graft. However this has several drawbacks like a loss of function at the donor site, a mismatch in quality and size between donor and host tissue and an additional operation for the patient. Therefore the fabrication of biohybrid nerve transplants via the concept of tissue engineering may be an alternative. The scaffold material should be biocompatible, permeable and degradable. Additionally the transplant could be filled with Schwann cells and decorated with neurotrophic factors. To evaluate possible effects of exogenous PolySia we bridged a 10 mm gap in the sciatic nerve of adult rats with silicone tubes filled with soluble PolySia, Schwann cells or PolySia plus Schwann cells. As a negative control Matrigel-filled silicone tubes were used. In a second study, a 13 mm gap was bridged either with soluble PolySia, Schwann cells or PolySia plus Schwann cells and these conditions were compared to an autograft. In the 10 mm study enhanced regeneration concerning histomorphometrical parameters as well as electrodiagnostically measured functional recovery was found. However the results of the 13 mm study show that using silicone tubes filled with soluble PolySia is still inferior compared to an autograft. This shows clearly the need for a scaffold resembling the extracellular matrix. In additional experiments PolySia-based nanomaterials were tested for biocompatibility. Unfortunately the nanofibers used showed an immune response and the nanoparticles were undetectable in vivo. With the present results it could be shown that PolySia is a candidate material for tissue engineering approaches in peripheral nerve repair. But the present nanomaterials have to be further developed to fit the needs for clinical applications.

Zur Überbrückung großer Defektstrecken peripherer Nerven mittels biohybrider Nerventransplantate sollte in der vorliegenden Arbeit Polysialinsäure (PolySia) als mögliche Gerüstsubstanz getestet werden. Der klinische Standard nach Verletzungen peripherer Nerven mit großem Substanzverlust, das autologe Transplantat, hat verschiedene Nachteile. Hierzu zählen der Verlust der Sensibilität an der Entnahmestelle des Spendernerven, eine Ungleichheit zwischen Spender- und Empfängernerv bezüglich der Größe und der Qualität der Fasern und eine zusätzliche Operation für den Patienten. Daher ist die Herstellung biohybrider Nerventransplantate mittels „Tissue engineering“ eine mögliche Alternative. Die Gerüstsubstanz sollte biokompatibel, permeabel und degradierbar sein. Zudem sollte das Gerüst mit Schwann-Zellen gefüllt sein und neurotrophe Faktoren bereitstellen. Um mögliche Effekte exogener PolySia auf die Nervenregeneration zu evaluieren, wurde in einer ersten Studie eine 10 mm lange Defektstrecke im N. ischiadicus adulter Ratten mittels Silikonröhrchen überbrückt. Diese waren mit gelöster PolySia, Schwann-Zellen oder PolySia und Schwann-Zellen gefüllt. Als Negativkontrolle dienten Matrigel-gefüllte Silikonröhrchen. In einer zweiten Studie wurde eine 13 mm lange Defektstrecke entweder mit Silikonröhrchen, gefüllt mit PolySia, Schwann-Zellen oder PolySia und Schwann-Zellen, überbrückt und mit dem Autotransplantat verglichen. Es konnte in der 10 mm-Studie eine deutliche Verbesserung der histomorphometrischen Parameter in den PolySia-transplantierten Tieren festgestellt werden, sowie elektrodiagnostisch eine bessere funktionelle Regeneration. Die Ergebnisse der 13 mm-Studie zeigen jedoch, dass der Einsatz gelöster PolySia in einem Silikonröhrchen dem Autotransplantat unterlegen ist. Für ein ideales biohybrides Nerventransplantat ist eine Leitstruktur, die der extrazellulären Matrix ähnelt, nötig. Darum wurden in weiteren Versuchen PolySia-basierte Nanomaterialien auf ihre Biokompatibilität getestet. Die verwendeten Nanofasern lösten jedoch eine Immunreaktion im Gewebe aus und die Nanopartikel konnten nicht mehr im Tier nachgewiesen werden. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass PolySia das Potential zur Gerüstsubstanz biohybrider Nerventrasplantate besitzt, eine Weiterentwicklung der Materialien ist jedoch notwendig, um für die klinische Anwendung geeignete Interponate zu bekommen.

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Kreth, Janett: Förderung der peripheren Nervenregeneration durch "Tissue engineering". Hannover 2010. Tierärztliche Hochschule.

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