inovmedИнновационная медицина КубаниInnovative Medicine of Kuban2541-9897Scientific Research Institute – Ochapovsky Regional Clinical Hospital No. 110.35401/2541-9897-2024-9-1-105-112inovmed-819Research ArticleЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕEXPERIMENTAL RESEARCHОценка эффективности экспериментального применения коллагенового кондуита, заполненного дермальным гидрогелем, для замещения дефекта периферического нерваEvaluating the Effectiveness of the Experimental Use of the Collagen Conduit Filled With Dermal hydrogel to Repair a Peripheral Nerve Defecthttps://orcid.org/0000-0003-2451-6813МелконянК. И.MelkonianK. I.

Мелконян Карина Игоревна, к. м. н., доцент, заведующая центральной научно-исследовательской лабораторией

350063, Краснодар, ул. М. Седина, 4

Karina I. Melkonian, Cand. Sci. (Med.), Associate Professor, Head of the Central Research Laboratory

Kuban State Medical University, ulitsa M. Sedina 4, Krasnodar, 350063

cnil.ksma@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2962-3212РусиноваТ. В.RusinovaT. V.

Русинова Татьяна Викторовна, к. б. н., научный сотрудник центральной научно-исследовательской лаборатории

Краснодар

Tatyana V. Rusinova, Cand. Sci. (Bio.), Researcher at the Central Research Laboratory

https://orcid.org/0000-0002-5596-7783АсякинаA. С.AsyakinaA. S.

Асякина Алевтина Сергеевна, младший научный сотрудник центральной научно-исследовательской лаборатории

Краснодар

Alevtina S. Asyakina, Junior Researcher, Central Research Laboratory

https://orcid.org/0000-0002-9329-3409ФоменкоА. А.FomencoA. A.

Фоменко Александра Анатольевна, лаборант-исследователь центральной научно-исследовательской лаборатории

Краснодар

Alexandra A. Fomenco, Laboratory Research Technician, Central Research Laboratory

https://orcid.org/0000-0002-5269-6578СолопЕ. А.SolopE. A.

Солоп Елизавета Александровна, лаборант-исследователь центральной научно-исследовательской лаборатории

Краснодар

Elizaveta A. Solop, Laboratory Research Technician, Central Research Laboratory

https://orcid.org/0000-0002-0120-2689ЧупрынинГ. П.ChupryninG. P.

Чупрынин Глеб Павлович, лаборант-исследователь центральной научно-исследовательской лаборатории

Краснодар

Gleb P. Chuprynin, Laboratory Research Technician, Central Research Laboratory

https://orcid.org/0000-0001-9421-586XВиноградовР. А.VinogradovR. A.

Виноградов Роман Александрович, д. м. н., доцент, профессор кафедры хирургии № 1 ФПК и ППС

Краснодар

Roman А. Vinogradov, Dr. Sci. (Med.), Associate Professor, Professor at the Surgery Department No. 1, Faculty of Continuing Professional Development and Retraining

https://orcid.org/0000-0003-3311-8745АнтоноваО. Ю.AntonovaO. Y.

Антонова Ольга Юрьевна, к. б. н., старший научный сотрудник лаборатории роста клеток и тканей

Пущино

Olga Y. Antonova, Cand. Sci. (Bio.), Senior Researcher, Laboratory of Cell and Tissue Growth

Pushchino

Кубанский государственный медицинский университетРоссияKuban State Medical UniversityRussian FederationИнститут теоретической и экспериментальной биофизики Российской академии наукРоссияInstitute of Theoretical and Experimental Biophysics, Russian Academy of SciencesRussian Federation20243003202401105112Copyright © Мелконян К.И., Русинова Т.В., Асякина A.С., Фоменко А.А., Солоп Е.А., Чупрынин Г.П., Виноградов Р.А., Антонова О.Ю., 20242024Мелконян К.И., Русинова Т.В., Асякина A.С., Фоменко А.А., Солоп Е.А., Чупрынин Г.П., Виноградов Р.А., Антонова О.Ю.Melkonian K.I., Rusinova T.V., Asyakina A.S., Fomenco A.A., Solop E.A., Chuprynin G.P., Vinogradov R.A., Antonova O.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.innovmedkub.ru/jour/article/view/819Актуальность

Актуальность: Современные исследования показывают, что использование полых кондуитов в сочетании с различными наполнителями синтетической и биологической природы значительно ускоряет процессы восстановления функциональной активности периферических нервов. Одним из таких наполнителей может служить гидрогель на основе внеклеточного матрикса дермы, который содержит поверхностные лиганды, способные обеспечивать топографические и биологические сигналы для регенерации нервов.

Цель исследования

Цель исследования: Провести оценку эффективности восстановления седалищного нерва крысы при использовании дермального гидрогеля в качестве наполнителя в коллагеновом кондуите в эксперименте in vivo.

Материалы и методы

Материалы и методы: В исследовании оценивалась эффективность коллагенового кондуита NeuraGen®, заполненного дермальным гидрогелем, в сравнении с аутографтом и полым коллагеновым кондуитом NeuraGen® при экспериментальном лечении дефекта седалищного нерва крысы более 1 см. Резекция седалищного нерва проводилась на крысах-самцах линии Wistar. На 30-, 60и 90-е сут. после имплантации рассчитывали седалищный функциональный индекс (Sciatic Functional Index, SFI) и соотношение обхвата голени оперированной лапы к интактной. На 90-е сут. эксперимента проводили электрофизиологические тесты и затем осуществляли эксплантацию образцов для гистологического окрашивания гематоксилин-эозином.

Результаты

Результаты: При оценке SFI-теста и электрофизиологических параметров были отмечены сопоставимые показатели функционального восстановления нерва у группы животных с аутографтом и группы с имплантацией коллагенового кондуита NeuraGen®, заполненного дермальным гидрогелем. В группе с имплантацией полого коллагенового кондуита NeuraGen® наблюдалась атрофия мышечной ткани, низкие показатели SFI-теста, скорости и продолжительности потенциала действия нервного импульса. Гистологический анализ образцов коллагенового кондуита, заполненного дермальным гидрогелем, продемонстрировал участки разрастания глии и отсутствие выраженной дегенерации нервных волокон на всем протяжении по сравнению с аутографтом, что свидетельствовало о регенерации нервных волокон.

Заключение

Заключение: При проведении оценки эффективности восстановления седалищного нерва крысы было выявлено, что коллагеновый кондуит NeuraGen®, заполненный дермальным гидрогелем, обеспечивает функционально-морфологическую интеграцию с нервом по сравнению с аутографтом. Полученные данные могут быть использованы для дальнейшей разработки и усовершенствования существующих нервных кондуитов.

Background

Background: Current studies show that hollow conduits in combination with various synthetic and biological fillers significantly accelerate functional recovery of peripheral nerves. One of such fillers can be a hydrogel based on the extracellular matrix of the dermis, which contains surface ligands capable of providing topographic and biological signals for nerve regeneration.

Objective

Objective: To evaluate the effectiveness of rat sciatic nerve regeneration using a collagen conduit filled with dermal hydrogel in an in vivo experiment.

Materials and methods

Materials and methods: We evaluated the effectiveness of the NeuraGen® collagen conduit filled with dermal hydrogel and compared it with that of an autograft and the NeuraGen® hollow collagen conduit in experimental treatment of rat sciatic nerve defects larger than 1 cm. Male Wistar rats underwent sciatic nerve resection. We calculated the Sciatic Functional Index (SFI) and ratio of the calf circumference in an operated limb to that in an intact limb on days 30, 60, and 90 after implantation. We performed electrophysiological tests and explanted samples for hematoxylin-eosin staining on day 90 of the experiment.

Results

Results: When assessing the SFI and electrophysiological parameters, the group of animals with autografts and the group with the NeuraGen® collagen conduits filled with dermal hydrogel demonstrated similar results. We observed muscle atrophy, low SFI scores, and low velocity and short duration of the action potential in the group with the hollow NeuraGen® collagen conduits. Histological analysis of explanted samples of the collagen conduits filled with dermal hydrogel demonstrated areas of glial proliferation and the absence of pronounced degeneration of nerve fibers throughout the implant compared with autografts, indicating functional regeneration of nerve fibers.

Conclusions

Conclusions: Evaluation of the effectiveness of rat sciatic nerve regeneration showed that the NeuraGen® collagen conduit filled with dermal hydrogel provides functional and morphological integration with the nerve compared with an autograft. Our findings can be used for further development and improvement of nerve conduits.

коллагеновый кондуитдермальный гидрогельповреждение седалищного нерваNeuraGencollagen conduitdermal hydrogelsciatic nerve injuryNeuraGen®Исследование выполнено при финансовой поддержке Кубанского научного фонда, ФГБОУ ВО КубГМУ Минздрава России в рамках научного проекта № МФИ-П-20.1/47.The study was funded by the Kuban Science Foundation and Kuban State Medical University under scientific project No. МФИ-П-20.1/47.ReferencesGriffin JW, Hogan MV, ChhabraAB, Deal DN. Peripheral nerve repair and reconstruction. J Bone Joint Surg Am. 2013;95(23):2144– 2151. PMID: 24306702. https://doi.org/10.2106/JBJS.L.00704Griffin JW, Hogan MV, ChhabraAB, Deal DN. Peripheral nerve repair and reconstruction. J Bone Joint Surg Am. 2013;95(23):2144– 2151. PMID: 24306702. https://doi.org/10.2106/JBJS.L.00704Тутуров А.О., Пятин В.Ф., Сергеев С.М. Перспективы развития технологий восстановления протяженных дефектов нервов с помощью кондуитов. Политравма. 2019;(2):95–101.Tuturov AO, Pyatin VF, Sergeev SM. Prospects for development of technologies for restoration of extended nerve defects with use of conduits. Polytrauma. 2019;(2):95–101. (In Russ.).Пятин В.Ф., Тутуров А.О. Значение состава внутренней среды кондуитов для активации роста аксонов при протяженных дефектах периферических нервов. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2019;119(4):100–105. https://doi.org/10.17116/jnevro2019119041100Pyatin VF, Tuturov AO. Significance of the composition of conduit internal environment for the activation of axon growth in patients with extended peripheral nerve defects. Zhurnal nevrologii i psikhiatrii im SS Korsakova. 2019;119(4):100–105. (In Russ.). https://doi.org/10.17116/jnevro2019119041100de Luca AC, Lacour SP, Raffoul W, di Summa PG. Extracellular matrix components in peripheral nerve repair: how to affect neural cellular response and nerve regeneration?. Neural Regen Res. 2014;9(22):1943–1948. PMID: 25598773. PMCID: PMC4283273. https://doi.org/10.4103/1673-5374.145366de Luca AC, Lacour SP, Raffoul W, di Summa PG. Extracellular matrix components in peripheral nerve repair: how to affect neural cellular response and nerve regeneration?. Neural Regen Res. 2014;9(22):1943–1948. PMID: 25598773. PMCID: PMC4283273. https://doi.org/10.4103/1673-5374.145366Daly WT, Yao L, Abu-rub MT, et al. The effect of intraluminal contact mediated guidance signals on axonal mismatch during peripheral nerve repair. Biomaterials. 2012;33(28):6660–6671. PMID: 22738778. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2012.06.002Daly WT, Yao L, Abu-rub MT, et al. The effect of intraluminal contact mediated guidance signals on axonal mismatch during peripheral nerve repair. Biomaterials. 2012;33(28):6660–6671. PMID: 22738778. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2012.06.002Gardiner NJ. Integrins and the extracellular matrix: key mediators of development and regeneration of the sensory nervous system. Dev Neurobiol. 2011;71(11):1054–1072. PMID: 21761574. https://doi.org/10.1002/dneu.20950Gardiner NJ. Integrins and the extracellular matrix: key mediators of development and regeneration of the sensory nervous system. Dev Neurobiol. 2011;71(11):1054–1072. PMID: 21761574. https://doi.org/10.1002/dneu.20950Navarro X. Functional evaluation of peripheral nerve regeneration and target reinnervation in animal models: a critical overview. Eur J Neurosci. 2016;43(3):271–286. PMID: 26228942. https://doi.org/10.1111/ejn.13033Navarro X. Functional evaluation of peripheral nerve regeneration and target reinnervation in animal models: a critical overview. Eur J Neurosci. 2016;43(3):271–286. PMID: 26228942. https://doi.org/10.1111/ejn.13033Song S, McConnell KW, Amores D, et al. Electrical stimulation of human neural stem cells via conductive polymer nerve guides enhances peripheral nerve recovery. Biomaterials. 2021;275:120982. PMID: 34214785. PMCID: PMC8325644. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2021.120982Song S, McConnell KW, Amores D, et al. Electrical stimulation of human neural stem cells via conductive polymer nerve guides enhances peripheral nerve recovery. Biomaterials. 2021;275:120982. PMID: 34214785. PMCID: PMC8325644. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2021.120982Oh SH, Kang JG, Kim TH, et al. Enhanced peripheral nerve regeneration through asymmetrically porous nerve guide conduit with nerve growth factor gradient. J Biomed Mater Res A. 2018;106(1):52–64. PMID: 28875561. https://doi.org/10.1002/jbm.a.36216Oh SH, Kang JG, Kim TH, et al. Enhanced peripheral nerve regeneration through asymmetrically porous nerve guide conduit with nerve growth factor gradient. J Biomed Mater Res A. 2018;106(1):52–64. PMID: 28875561. https://doi.org/10.1002/jbm.a.36216Sensharma P, Madhumathi G, Jayant RD, Jaiswal AK. Biomaterials and cells for neural tissue engineering: current choices. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2017;77:1302–1315. PMID: 28532008. https://doi.org/10.1016/j.msec.2017.03.264Sensharma P, Madhumathi G, Jayant RD, Jaiswal AK. Biomaterials and cells for neural tissue engineering: current choices. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2017;77:1302–1315. PMID: 28532008. https://doi.org/10.1016/j.msec.2017.03.264Farjah GH, Dolatkhah MA, Pourheidar B, Heshmatian B. The effect of cerebrospinal fluid in collagen guide channel on sciatic nerve regeneration in rats. Turk Neurosurg. 2017;27(3):453–459. PMID: 27593797. https://doi.org/10.5137/1019-5149.JTN.16004-15.2Farjah GH, Dolatkhah MA, Pourheidar B, Heshmatian B. The effect of cerebrospinal fluid in collagen guide channel on sciatic nerve regeneration in rats. Turk Neurosurg. 2017;27(3):453–459. PMID: 27593797. https://doi.org/10.5137/1019-5149.JTN.16004-15.2Meder T, Prest T, Skillen C, et al. Nerve-specifi extracellular matrix hydrogel promotes functional regeneration following nerve gap injury. NPJ Regen Med. 2021;6(1):69. PMID: 34697304. PMCID: PMC8546053. https://doi.org/10.1038/s41536-021-00174-8Meder T, Prest T, Skillen C, et al. Nerve-specifi extracellular matrix hydrogel promotes functional regeneration following nerve gap injury. NPJ Regen Med. 2021;6(1):69. PMID: 34697304. PMCID: PMC8546053. https://doi.org/10.1038/s41536-021-00174-8Du J, Liu J, Yao S, et al. Prompt peripheral nerve regeneration induced by a hierarchically aligned fibrin nanofiber hydrogel. Acta Biomater. 2017;55:296–309. PMID: 28412554. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2017.04.010Du J, Liu J, Yao S, et al. Prompt peripheral nerve regeneration induced by a hierarchically aligned fibrin nanofiber hydrogel. Acta Biomater. 2017;55:296–309. PMID: 28412554. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2017.04.010Xu H, Yu Y, Zhang L, et al. Sustainable release of nerve growth factor for peripheral nerve regeneration using nerve conduits laden with Bioconjugated hyaluronic acid-chitosan hydrogel. Composites Part B: Engineering. 2022;230:109509. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2021.109509Xu H, Yu Y, Zhang L, et al. Sustainable release of nerve growth factor for peripheral nerve regeneration using nerve conduits laden with Bioconjugated hyaluronic acid-chitosan hydrogel. Composites Part B: Engineering. 2022;230:109509. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2021.109509

The authors declare that there are no conflicts of interest present.