CC BY
53
Петрова Д.Ю., Подгайский В.Н., Недзьведь М.К., Анищенко С.Л., Мечковский С.Ю., Зафранская М.М.
Белорусская медицинская академия последипломного образования, Минск Белорусский государственный медицинский университет, Минск Минское городское клиническое патологоанатомическое бюро
Возможность восстановления поврежденных периферических нервов при трансплантации мезенхимальных стволовых клеток
За последние 50 лет хирургические методы восстановления периферических нервов значительно продвинулись вперед, главным образом путем усовершенствования хирургической техники. Применение операционного микроскопа, микрохирургического инструментария и соответствующего шовного материала открыло принципиально новые возможности в восстановительной хирургии травматических повреждений и лечении компрессионно-ишемических поражений нервных стволов [10].
В большинстве случаев травма нервов вследствие специфики анатомо-то-пографических взаимоотношений редко бывает изолированной. Как правило, она сопровождается повреждением сосудов, костных и мягкотканных структур. Пато-морфологические изменения развиваются при повреждении магистральных артерий и периферических нервов, характеризуются замещением этих структур фиброзной тканью и, как следствие, развитием тендогенных и артрогенных контрактур, замедленной консолидацией костных структур [6].
На сегодняшний день нет единого мнения в отношении оптимального метода восстановления поврежденного нерва. Несмотря на использование микрохирургической техники при наложении первичного эпиневрального шва либо аутотранс-плантации, функциональные результаты часто бывают неудовлетворительными, особенно при наличии дефекта нерва на протяжении [1, 3, 5]. Эффективность оперативных вмешательств на периферических нервах составляет от 36 до 98% в зависимости от типа повреждения и характера оперативного пособия [17, 20]. Это связано со специфическими процессами дегенерации-регенерации поврежденного нерва, полисимптоматикой клинических проявлений, развитием рубцовых изменений в области оперативного вмешательства [2, 18, 19].
В связи с вышеизложенным, вопрос сберегательного и адекватного лечения после различных травм с повреждени-
ем периферических нервных стволов требует разработки принципиально новых методических подходов к лечению. В последние десятилетия ведется активный поиск и разработка перспективных методов восстановления периферических нервов, которые служат альтернативой аутотрансплантации и предполагают использование новых синтетических материалов, клеточных технологий и генно-инженерных конструкций. Развитие клеточных технологий дает новые пути решения проблем в лечении повреждений периферических нервов.
Цель исследования - определение возможности регенерации поврежденных периферических нервов при трансплантации мезенхимальных стволовых клеток (МСК) в эксперименте.
Материалы и методы
Исследование выполнено на 24 самцах белых беспородных крыс массой 265320 г. Модель повреждения периферического нерва была создана по общепринятой методике [9]. Для проведения анестезии животным внутримышечно вводили раствор фентанила 0,005% (1:1), из расчета 0,3 мл на 100 г веса, внутрибрюшинно. Седалищный нерв выделяли из доступа по задней поверхности правого бедра и пересекали его острым лезвием на уровне верхней трети бедра. Затем рану ушивали. В ходе эксперимента выполнили 2 серии, в каждой по 12 животных.
Через 3 недели после пересечения нерва выполняли восстановление дефекта у животных первой серии. У животных второй серии дефект восстанавливали через 5 недель (рис. 1, 2).
В ходе эксперимента в обеих сериях было выделено по две группы. В контрольной группе (4 крысы) анастомоз формировали между протезом из политетрафторэтилена диаметром 2 мм и длиной 7 мм и концами нерва наложением швов нитью пролен 8/0 за эпиневрий и введением в просвет анастомоза 0,1 мл раствора №0! 0,9% с использованием операционного микроскопа и микрохирургического инструментария, увеличение составляло
до 8 крат. В качестве графта использовали сосудистый протез из политетрафторэтилена (ПТФЭ), который не подвергается распаду в условиях живого организма, сохраняя неизменность своих свойств независимо от времени, характеризуется высоко иммунологической толерантностью по сравнению с другими материалами. Во второй группе (20 крыс) в просвет анастомоза вводили суспензию МСК в количестве 1 х 106 /мл. У четырех жи-
Рисунок 1
Дефект (7 мм) между проксимальным и дистальным концами седалищного нерва крысы через 3 недели после его деформирования
Рисунок 2
Сформированный анастомоз между концами нерва и комбинированным графтом
№10 • 2011
МЕДИЦИНСКИЕ НОВОСТИ |б9
Рисунок 3
Содержимое протеза и проксимальный конец седалищного нерва крысы через 8 недель после восстановления нервного ствола, контрольная группа: а - окраска по методу Ван-Гизона; b - окраска гематоксилин-эозином; с - окраска MSB (Marcius-Scarlet-Blue); d - окраска по методу Клювера-Баррера, увеличение х5; 1 - сосудистый протез ПТФЭ; 2 - концевая неврома; 3 - единичные коллагеновые волокна; 4 - скопления леммоцитов
Рисунок 4
Опытная группа. Окраска по методу MSB (Marcius-Scarlet-Blue), увеличение х 5: а - проксимальный конец седалищного нерва крысы и содержимое протеза; b - дистальный конец нерва; 1 - миелиновые волокна, 2 - кровеносные сосуды, 3 - фибробластоподобные клетки; 4 - макрофаг
МЕДИЦИНСКИЕ НОВОСТИ
№10 • 2011
70
вотных из этой группы вводимые клетки предварительно окрашивали витальным красителем PKH26, для определения их локализации в просвете протеза спустя 8 недель после трансплантации.
Работа с экспериментальными животными проводилась в соответствии с «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных».
Забор зоны анастомоза с протезом, для морфологического исследования, производили у животных обеих серий на 8-й неделе, после восстановления дефекта. Выведение животных из эксперимента выполняли путем введения 2 мл раствора Тиопентала натрия 10% внутрибрюшинно.
Гистологические методы. Сразу после выведения животных из эксперимента проводили забор и фиксацию материала. Материал фиксировали в 10%-ном растворе нейтрального формалина, после стандартной проводки заключали в парафиновые блоки. Оценку изменений нервной ткани проводили на продольных срезах. Для определения характера содержимого комбинированного графта, оценки состоятельности микрохирургического шва, состояния аксонов поврежденного седалищного нерва в дисталь-ном и проксимальном концах, состояния миелиновых оболочек нервных волокон гистологические срезы препаратов окрашивали гематоксилин-эозином, MSB (Marcius-Scarlet-Blue) и по методам Ван-Гизона и Клювера-Баррера.
Для оценки жизнеспособности и распределения введенных МСК, предварительно окрашенных РКН26, с помощью криостата готовили ультратонкие срезы толщиной 60-100 мкм. Анализ гистологических препаратов проводили с использованием светового микроскопа «Leica DM 2500». Фотографии препаратов были выполнены c использованием цифровой камеры «Leica DFC 725C».
Выделение МСК из жировой ткани проводили по разработанному ранее протоколу с некоторыми модификациями [12]. После промывания стерильным раствором Хенкса липоаспират инкубировали в течение 45 мин с 0,075%-ным раствором коллагеназы I типа («Sigma», Германия) в PBS (фосфатный буфер). Нейтрализацию фермента проводили равным объемом среды DMEM, содержащей 10% эмбриональной телячьей сыворотки (ЭТС) (НИИ ЭиМ, РБ). Клетки отмывали 2 раза центрифугированием, клеточный осадок ресуспендировали в среде DMEM, содержащей 10% ЭТС, 1% антибиотика и 1% глутамина, и засевали в культуральные чашки диаметром
Рисунок 5
|Содержимое протеза, опытная группа, окраска Клювера-Баррера,увеличение х10: 1 - участок сосудистого протеза ПТФЭ; 2 - аморфное вещество; 3 -коллагеновые волокна; 4 - стволовые клетки
Mv-sf.yf-■ ■■ \ , 1
ЛЬ -:>ч*-- •' ' • •
^3
• "S ■ 2
Рисунок 6
Содержимое протеза, опытная группа, криосрез, увеличение х 20: 1 - участок сосудистого протеза ПТФЭ; 2 - РКН-окрашенные стволовые клетки
Рисунок 7
Содержимое протеза и проксимальный конец седалищного нерва крысы через 8 недель после восстановления, контрольная группа: a - окраска MSB (Marcius-Scarlet-Blue); b - окраска Клювера-Баррера, увеличение х5; 1 - концевая неврома; 2 - макрофаг; 3 - воспалительная инфильтрации; 4 - коллагеновые волокна
3
а ''-у • ■> ••• '-а ••«л.*?- ; f-.,
2
Л^'Ш-^-]: v: ^
■Ш
b
a
60 мм. Через 24 ч производили смену культуральной среды для удаления не прикрепившихся клеток. В дальнейшем смена среды производилась каждые четвертые сутки. По достижении культурами 70-80% конфлюэнтности, клетки снимались с поверхности культурального пластика с помощью трипсина/ЭдТА, затем активность трипсина ингибировалась добавлением среды DMEM, содержащей
10% ЭТС и после двукратного отмывания центрифугированием клетки засевались в культуральные чашки для получения первого пассажа.
Результаты и обсуждение Для морфологического исследования иссекали зону анастомоза вместе с протезом во всех экспериментальных группах. Гистологические срезы препаратов окрашивали гематоксилин-эозином,
MSB (Marcius-Scarlet-Blue) и по методам Ван-Гизона и Клювера-Баррера.
Первая серия - восстановление дефекта через 3 недели после пересечения седалищного нерва. В препаратах контрольной группы отмечается очаговая лимфоплазмоцитарная инфильтрация, умеренная пролиферация шваннов-ских клеток. Некоторые аксоны резко истончены, что свидетельствует об их дегенерации. В проксимальном отрезке определяется картина, характерная для формирования регенерационной невромы, - воспалительные круглоклеточные инфильтраты, единичные гигантские клетки, беспорядочно расположенные аксоны. Анализ препаратов окрашенных по MSB выявляет пролиферацию фибробластов, коллагеновых волокон (рис. 3).
При введении МСК в зону дефекта просвет протеза заполнен светло окрашенным основным веществом с небольшим количеством фибробластов и единичными плазматическими клетками, отмечается образование мелких кровеносных сосудов. В проксимальном отделе нерва наблюдается образование нежных коллагеновых волокон, по ходу которых определяются многочисленные мелкие вакуоли.
В препаратах окрашенных по MSB в аморфном веществе, заполняющем протез, определяется небольшое количество фибробластоподобных клеток и беспорядочно расположенных миелиновых волокон (рис. 4).
Нервный ствол состоит из миелиновых и безмиелиновых нервных волокон, окруженных тремя соединительнотканными оболочками: эндоневрием, периневрием и эпиневрием [11]. При изучении седалищного нерва человека и некоторых животных C. Stolinski установил, что эпиневрий состоит из продольных, косых и циркулярных коллагеновых волокон, имеющих зигзагообразный извилистый ход. По мнению некоторых авторов периневрий и эндонев-рий также содержат коллаген [14, 16, 21].
Исходя из этого, наличие большого количества нежных коллагеновых волокон в зоне дефекта нерва, особенно при введении мСк, позволяет предположить возможность развития оболочек нерва, что может способствовать направленному аксональному росту. Наличие основного вещества с фибробластами, пучками коллагеновых волокон может рассматриваться, как рыхлая соединительная ткань эпиневрия, заполняющая пространство между формирующимися пучками нервных волокон [4]. То, что в процессе регенерации нерва принимают участие введенные стволовые клетки,
№10 • 2011
МЕДИЦИНСКИЕ НОВОСТИ |71
Рисунок 8
Содержимое протеза и проксимальный конец седалищного нерва крысы, опытная группа. Окраска по методу Клювера-Баррера,увеличение х5: 1 - миелиновые волокна; 2 - скопления леммоцитоподобных клеток; 3 - кровеносные сосуды
■'.А" ."'У А *,«'
mmwki J
■■тщь 1
наглядно демонстрирует картина имму-нофлуоресцентной оценки криосрезов. Визуализация большого количества РКН-окрашенных МСК, локализованных в основном веществе преимущественно по периферии, подтверждает жизнеспособность введенных клеток (рис. 5, 6).
Немаловажное значение для регенерации нерва имеет адекватное кровоснабжение [7, 8]. Более выраженный процесс ангиогенеза обусловлен продукцией МСК проангиогенных факторов [11]. То есть, трансплантация МСК приводит к улучшению васкуляризации и, как следствие, улучшению регенерации нервного волокна.
Вторая серия - восстановление дефекта через 5 недель после пересечения седалищного нерва. При сравнении с контрольной группой 2-й серии в зоне дефекта определяется более выраженный фиброз, усиленная коллагенизация, большее количество лимфоцитов, плазматических клеток, вдоль протеза отмечается образование многоядерных гигантских клеток. В дистальном и проксимальном отделах - воспалительная инфильтрация. Со стороны проксимального отдела - пучки леммоцитов и врастание кровеносных сосудов на незначительную глубину (рис. 7). В препаратах опытной группы выявляется умеренная круглоклеточная инфильтрация, единичные нейтрофилы. При сравнении с препаратами контрольной группы, воспалительная инфильтрация выражена
меньше. В проксимальном конце идет образование кровеносных сосудов, беспорядочно внедряющихся в дефект. В то же время в зоне дефекта имеются мие-линовые волокна и нежные единичные коллагеновые волокна.
Истончение в центре дефекта и воспалительная инфильтрация обусловлены, вероятно, значительной ретракцией проксимальных и дистальных концов поврежденного нервного ствола, выраженным рубцовым процессом и, как следствие, более обширной мобилизацией концов нерва и натяжением последнего. Однако при введении стволовых клеток, как и в опытной группе 1-й серии, отмечается большее число кровеносных сосудов и продольно ориентированных коллагеновых волокон.
Анализ гистологических препаратов обеих серий показал, что процессы регенерации более выражены в группе, где были трансплантированы МСК, о чем свидетельствуют усиленный ангиогенез, образование продольно ориентированных пучков нежных коллагеновых волокон и пучков леммоцитов. Следует также отметить, что при восстановлении в более ранние сроки после травмы репаратив-ные процессы протекают лучше, воспалительные изменения менее выражены, что согласуется с литературными данными. Таким образом, трансплантация МСК при восстановлении нерва приводит к улучшению регенерации нервного волокна. Это может быть использовано при дальнейшем изучении регенераторных процессов с целью разработки новых методов лечения.
Резюме
ВОЗМОЖНОСТЬ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕННЫХ ПЕРИФЕРИЧЕСКИХ НЕРВОВ ПРИ ТРАНСПЛАНТАЦИИ МЕЗЕНХИМАЛЬНЫХ СТВОЛОВЫХ КЛЕТОК Петрова Д.Ю., Подгайский В.Н., Недзьведь М.К., Анищенко С.Л., Мечковский С.Ю., Зафранская М.М.
последипломного образования, Минск Беларусский медицинский государственный университет, Минск Минское городское клиническое патологоанатомическое бюро Повреждения периферических нервов продолжают оставаться одной из сложных проблем в реконструктивной хирургии. Недостатки метода аутонервной пластики стимулируют разработку других способов восстановления нервов, из которых наиболее перспективными считаются методы с использованием клеточных технологий. Были исследованы возможности регенерации поврежденных периферических нервов при трансплантации мезенхимальных стволовых клеток (МСК) в эксперименте для разработки нового хирургического метода восстановления на основе комбинированного графта. В исследовании использовали 24 самца белых беспородных крыс.
Модель повреждения периферического нерва была создана по общепринятой методике. Выделение МСК из жировой ткани крыс осуществлялось путем механической и ферментативной дезагрегации. В контрольной группе анастомоз формировали между протезом ПТФЭ и концами нерва. Во второй экспериментальной группе, в просвет анастомоза вводили суспензию МСК в количестве 1 х 106 /мл. Зону анастомоза вместе с протезом иссекали для гистологического исследования через 8 недель после восстановления.
Ключевые слова: •
повреждение периферических нервов, комбинированный графт, мезенхимальные стволовые клетки жировой ткани.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Байтингер В.Ф. // Вопросы реконструктивной и пластической хирургии. - 2002. - № 1. - С. 62-63.
2. Берснев В.П., Кокин Г.С., Извекова Т.О. Прак-™ческое руководство по хирургии нервов: в 2 т. -
3. Гильмутдинова Л.Т, Шарипова Э.Ш. // Лазерная медицина. - 2007. - Т. 11, вып. 2. - С. 7.
4. Калмин О.В. Обзор литературы по морфологии и механическим свойствам нервов. - Саратов, 1999. - 48 с.
5. Козлов А.В. Хирургическая коррекция трофических и функциональных нарушений при травме верхней конечности: Автореф. дис. ... д-ра мед. наук. - Новосибирск, 2010. - 24 с.
6. Козлов А.В, Афанасьев Л.М., Якушин О.А., Мо-лочков ЕВ. // Материалы III съезда нейрохирургов России «Хирургия периферической нервной системы». - СПб., 2002. - С. 526-527.
7. Науменко Л.Ю., Доманский А.Н., Шпонька В.И. // Морфолопя. - 2010. - Т. IV, № 1. - С. 26-32.
8. Одинак М. М, Живолупов С.А. Заболевания и травмы периферической нервной системы (обобщение клинического и экспериментального опыта): Руководство для врачей. - СПб., 2009. - 367 с.
9. Подгайский В.Н., Мечковский С.Ю., Петрова Д.Ю.. ЗафранскаяМ.М.,ХитроЮ.Ф. // Мед. новости- 2009.-N» 9. - С. 62-64
10. Хонда А.Н. Применение функционального принципа выполнения операции в микрохирургии периферических нервов. // Материалы III съезда нейрохирургов России «Хирургия периферической нервной системы» - СПб., 2002. - С. 540-541.
11. Хэм А.,, Кормак Д. Гистология. - М., 1983. -Т. 3. - С. 163-237.
12. Хулуп Г.Я., Ламовская Н.В., Нижегородова Д.Б. и др. // Материалы науч.-практ. конф. «Состояние и перспективы трансплантологии». - Минск, 2008. -С. 156-161.
13. Хулуп Г.Я., Ламовская Н.В., Багатка С.С., Колобова М.Ю, Зафранская М.М. // Медицина. - 2009. -
№ 3. - С. 70-75.
14. Ferreira J.M.C., Caldini E.G, Montes G.S. // Acta anat. - 1987. - Vol. 130, N 2. - P. 168-173.
15. Gamble H.J. // J. Anat. - 1964. - Vol. 98. - P. 17-25.
16. Gamble HJ, Eames R.A. // J. Anat. - 1964. - Vol.
98. - P. 655-663.
17. Kim D., Cho Y, TieIR, Kline D. // J. Neurosurgery. -2003. - Vol. 98, N 5. - P. 1005-1016.
18. Kim D, Cho J, Ryu S, Tiel R, Kline D. // J. Neurosurgery. - 2003. - Vol. 53, N 5. - P. 1114-1125.
19. Kim D, Han K, Tiel R, Murovic J.. Kline D. // J. Neurosurgery. - 2003. - Vol. 98, N 5. - P. 993-1004.
20. Kline D, Kim D. // J. Neurosurgery. - 2003. - Vol.
99, N 3. - P. 630-636.
21. Stoiinski С. // J. Anat. - 1995. - Vol. 186. - P. 123130.
Поступила 24.05.2011 г.
Summary
POSSIBILITY OF RESTORATION OF THE DAMAGED PERIPHERAL NERVES AT TRANSPLANTATION OF THE MESENCHYMAL STEM CELLS Petrova D., Padhaiskii V,Miachkouski S., Nedzvedz M., Zafranskaya M., Anishchanka S.
Belarusian Medical Academy of Post-graduate Education, Minsk Belarusian State Medical University, Minsk City Clinical Pathoanatomical Bureau, Minsk Peripheral nerves damages are one of the most complex problems in reconstructive surgery. The disadvantages of the autonervous plastic method encourage development of other ways of nerves restoration: cellular technologies methods being considered the most perspective among them. The purpose of our research was definition of possibility of regeneration of the damaged peripheral nerves at transplantation of mesenchymal stem cells in experiment for working out of a new surgical method of restoration on the basis of combined graft. The research used 24 white male non-purebred rats. The model of peripheral nerve damage has been created by the standard technique. Mesenchymal stem cells from adipose tissue of rats was carried out by mechanical and enzymatic disaggregation. In control group anastomosis was formed between PTFE prosthesis and both ends of the nerve. In the second experimental group, the compound of 1 х 106 / ml of MSC, preliminary stained by fluorescent dye PKH26, was added into the anastomosis gap. The anastomosis zone was excised for histlogic research after 8 weeks reconstruction. • Keywords:
peripheral nerve damages, combined graft, mesenchymal stem cells from adipose tissue.
МЕДИЦИНСКИЕ НОВОСТИ
№10« 2011
72
