Вплив імплантації синтетичного макропористого гідрогелю та трансплантації клітин нюхової цибулини на процеси регенерації спинного мозку після його травматичного пошкодження в експерименті

summary

Матеріали та методи. Отримання, культивування та морфологічне дослідження клітин НЦ щура здійснювали згідно з загальноприйнятими протоколами культивування нервової тканини (В.П. Божкова та співавт., 1988). Для збагачення культур проліферативно активними клітинами нейрогенного типу отриману суспензію культивували в живильному середовищі DMEM (Dulbecco’s modіfіed Eagle’s medіum, Sigma) стандартного складу, що включало фетальну телячу сироватку (40%), глюкозу (800 мг/%), інсулін (0,2 ОД/мл), з наявністю рекомбінантного епідермального фактору росту людини (hEGF, експресований E. colі; Sіgma) у концентрації 40 нг/мл і рекомбінантного фактору росту фібробластів людини (hFGF, експресований E. colі; Sіgma) у концентрації 20 нг/мл.

Макропористий гідрогель (полі[N-(2-гідроксипропіл)-метакриламід]) був синтезований в лабораторії E. Pinet (FISO Technologies Inc., Quebec, Canada) шляхом гетерогенної полімеризації із наступним очищенням у спиртових і водяних ваннах, після чого гідрогель стерелізували у дистильованій воді шляхом автоклавування і запаювали в скляні ємності. Росфасований в стерильних умовах після транспортування гідрогель утримували протягом усього експерименту при температурі 6–8° С. Вміст однієї пробірки використовували для імплантації 4–6 тваринам протягом одного операційного дня.

Вивчення ефективності імплантації гідрогелю та алотрансплантації клітин НЦ на моделі ЛПП спинного мозку проводили на білих безпородних щурах-самцях, вагою 250–300 г та середнім віком 5–6 міс. У ході дослідження були сформовані наступні експериментальні групи: група „контроль” – моделювання ЛПП спинного мозку (n=24); група „гідрогель”, тваринам якої безпосередньо після нанесення травми в ділянку ушкодження спинного мозку імплантували гідрогель (n=37); група, тваринам якої через 4 тиж після нанесення травми й імплантації гідрогелю в тканину спинного мозку та навколишній субарахноідальний простір вводили суспензію клітин НЦ (n=12); група, тваринам якої через 8 тиж після нанесення травми й імплантації гідрогелю в тканину спинного мозку та навколишній субарахноідальний простір вводили суспензію клітин НЦ (n=8); група, тваринам якої через 7 тиж після нанесення травми в тканину спинного мозку та навколишній субарахноідальний простір вводили суспензію клітин НЦ (n=4); група, тваринам якої через 13 тиж після нанесення травми в тканину спинного мозку та навколишній субарахноідальний простір вводили суспензію клітин НЦ (n=4). Група тварин, котрим через 4 тиж після моделювання травми та імплантації гідрогелю трансплантували клітини НЦ була розділена на дві підгрупи: тварини із кращими (n=5) та гіршими (n=7) показниками відновлення функції задньої іпсилатеральної місцю травми кінцівки (ЗІК) на момент виконання ТКНЦ. Для порівняльної оцінки даних електрофізіологічного дослідження провідності спинного мозку було сформовано групу інтактних тварин (n=11).

У якості моделі травматичного пошкодження спинного мозку була використана модель його лівобічного половинного перетину (ЛПП) в нижньогрудному відділі. Оперативні втручання здійснювали під загальним знеболенням, що досягалося шляхом внутрішньоочеревинно введення суміші розчинів ксилазину (Sedazіn, Bіowet, Польща) з розрахунку 15 мг/кг маси і кетаміну (Calypsol, Gedeon Rіchter) з розрахунку 70 мг/кг маси. Ламінектомію проводили на рівні Т_XI, зберігаючи при цьому суглобові відростки. Після наскрізного проколу офтальмологічним списоподібним скальпелем тканини спинного мозку вздовж лівого краю задньої серединної артерії (лезо скальпеля знаходилося у сагітальній площині, а рукоятка – перпендикулярно дорзальній поверхні спинного мозку) у рану спинного мозку заводили одну з бранш офтальмологічних ножиць таким чином, щоб при повному їх відкритті в проміжку між браншами потрапляла тканина усієї лівої половини поперечника спинного мозку (ножиці встановлювали рукоятковою частиною в площині поперечного перерізу спинного мозку, перпендикулярно дорзальній його поверхні). В декілька прийомів проводили перетин тканини лівої половини поперечника спинного мозку. Контроль повноти перетину проводили за допомогою скривленого по ребру офтальмологічного пінцета.

В область дефекту тканини спинного мозку імплантували фрагмент гідрогелю. Протибактеріальну терапію здійснювали за допомогою одноразового введення необхідної дози біциліну-3 або біциліну-5. У якості протизапальної і протинабрякової терапії використовували введення розчину дексаметазону.

Техніка формування доступу на рівні Т_XII–L_I під час повторного втручання з приводу ТКНЦ аналогічна описаній вище. Клітинну суспензію вводили в тканину спинного мозку на вказаному рівні нижче місця травми за допомогою інсулінового шприца як гомолатерально, так і контрлатерально по відношенню до вогнища травми в загальному об’ємі 0,075 мл (~2,25´10⁶ живих клітин). Окрім цього, клітинну суспензію вводили в субарахноідальний простір у ділянці сформованого операційного доступу в об’ємі 0,06 мл (~2´10⁶ живих клітин).

Оцінку функціональної активності задніх кінцівок прооперованих тварин проводили згідно із 21-бальною шкалою, запропонованою D.M. Basso, M.S. Beattie та J.C. Bresnahan (ВВВ, 1995). З метою встановлення більш тонких особливостей динаміки відновного процесу проводили дослідження величини швидкості зміни показника функції (ПФ): швидкість зміни ПФ (бали/тижні) = ПФ станом на кінець попереднього тижня – ПФ станом на кінець наступного тижня.

З метою коректного висвітлення ефективності ТКНЦ вибірки зрівняння формували з урахуванням спектру індивідуальних значень ПФ ЗІК на момент проведення ТКНЦ.

Електрофізіологічне дослідження здійснювали під загальним знеболенням (див. вище). Широко відкривали канал хребта на рівні Т_III–T_V, мобілізували спинний мозок вздовж двох сегментів і під його вентральну поверхню перпендикулярно ростро-каудальній осі підводили 2 паралельні гачкоподібні кінці стимулюючого сталевого електроду.

Реєструючі активний та пасивний голкові сталеві електроди встановлювали у товщу рухової точки бічного широкого м’язу стегна обох кінцівок. Стимуляцію та обробку первинних результатів проводили за допомогою електронейроміографа з системою комп’ютерного аналізу потенціалів B.A.S.I.S. Е.Р.М. (OTE Biomedica, Італія). Для подальшого аналізу відбиралися найвищі отримані впродовж дослідження однієї тварини показники. При цьому визначали такі показники електричної активності нервово-м’язового апарату, як максимальна амплітуда (МА) М-відповіді м’язу, латентний період реєстрації та швидкість проведення збудження (ШПЗ).

Статистичну обробку первинних цифрових даних здійснювали на персональному комп’ютері за допомогою програмного забезпечення STATISTICA 6.0 та пакету MS Exel. Під час порівняльної оцінки результатів моніторингу функції задніх кінцівок встановлювали достовірність різниці середнього бального показника у порівнюваних групах та підгрупах за допомогою непараметричного методу U-тест Мана-Уітні (Mann-Whitney U-test).

Під час статистичної обробки результатів електрофізіологічного дослідження у кожній із вибірок проводили перевірку на нормальність розподілу змінної за допомогою тесту Шапіро-Уілка (Shapiro-Wilk test), після чого достовірність різниці між середніми показниками вибірок встановлювали за допомогою t-тесту.

Гістологічні та електронно-мікроскопічні дослідження проводили згідно із загальноприйнятими протоколами (Г.А. Меркулов, 1961; Г. Гайер, 1974). Імуногістохімічне дослідження експресії віментину в клітинних культурах здійснювали за допомогою стандартного набору “Immunochemicals” (Sigma).

Гістологічні препарати вивчали за допомогою світлооптичного мікроскопа Axiophot (OPTON, Німеччина) та цитоаналізатора зображення IВAS-2000 (KONTRON, Німеччина) з наступною цифровою та аналоговою фотореєстрацією. Електронно-мікроскопічне дослідження проводили на електронному мікрокопі ЕМ-400Т (PHILIPS, Нідерланди).

Результати та їх обговорення. Використання моделі ЛПП у даному дослідженні дозволило провести коректну оцінку впливу імплантації гідрогелю на провідники та нейрональні клітини спинного мозку у ранньому періоді спінальної травми з урахуванням віддаленого функціонального ефекту, що за ряду об’єктивних причин неможливо здійснити на моделях повного перетину або забиття спинного мозку.

Порівняння результатів ОПП, представлених різними дослідницькими групами (C.D. Mills та співавт., 2001; Y.S. Gwak та співавт., 2004), з отриманими нами даними дає можливість стверджувати, що використаний протокол моделювання ОПП з огляду на поставлені завдання дослідження є найбільш прийнятним і забезпечує максимальне наближення посттравматичного дефіциту функції ЗІК до дефіциту функції задніх кінцівок, що виникає після повного перетину спинного мозку на аналогічному рівні. Використання запропонованої моделі ОПП дало змогу виділити у групах „контроль” та „гідрогель” дві рівновеликі підгрупи: із кращими та гіршими показниками відновлення функції ЗІК. При цьому аналогічність варіативного розподілу величини ПФ у групах „контроль” та „гідрогель” відкрила можливість проведення адекватного порівняльного статистичного аналізу між вказаними підгрупами.