Ефективність пластики дефекту периферичного нерва з використанням тканинно-інженерних провідників різних типів за даними електронейроміографії: експериментальне дослідження

Objective. To investigate the effect of neural crest-derived multipotent stem cells (NC-MSCs) on the restoration of the peripheral nerve function according to the EMG.Materials and methods. Experimental animals: white outbreed male rats (5.5 months, 250±50 g, vivarium Romodanov Neurosurgery Institute n=52); groups: group 1 – nerve transection (with a 1 cm gap) and immediate autoplasty (n=14); group 2 – nerve transection and immediate plastic with collagen tube filled with fibrin gel (n=15); group 3 – nerve transection and immediate plastic with collagen tube filled with fibrin gel containing NC-MSCs (n=16); group 4 – sham operated animals (n=7). The key EMG parameters were determined using direct stimulation EMG at the 4th and 8th weeks of the experiment.Results. As at the end of the 4th week of observation in group 1, the amplitude of the M-response of the experimental limb was significantly (p=0.018) inferior to the value of the intact limb (3.3±0.5 mV versus 16.5±2.3 mV). In groups 2 and 3, statistically significant (p=0.018) values of the intact limb were observed for the amplitude of the M-response (group 2 – 16.5±2.3 mV versus 0.9±0.2 mV, group 3 – 14.7±2.2 mV versus 2.3±0.2 mV, p=0.018) and the conduction velocity (group 2 – 22.3±1.6 m/s versus 7.9±2.1 m/s (p=0.018; Mann – Whitney U test); group 3 – 19.3±2.5 m/s versus 12.7±0.4 m/s (p=0.049; Mann – Whitney U test). The value of the amplitude of the M-response in group 2 (0.9±0.2 mV) was significantly lower than that of group 1 (3.3±0.5 mV; p=0.006), group 3 (2.3±0, 2 mV; p=0.002) and group 4 (16.6±1.4 mV; p=0.006). As at the 8th week of observation, there was a significant advantage of the M-response amplitude of the experimental limb of animals in group 1 (4.1±0.7 mV) only above the value in group 2 (1.4±0.3 mV; p=0.007).Conclusions. NC-MSCs has a positive effect on the regeneration of PN due to stimulation of growth a greater number of nerve fibers than with implantation of a collagen matrix without NC-MSCs, which indirectly reflects key EMG indicators.Цель. Изучить влияние МСК-ПНГ на восстановление функции периферического нерва по данным ЕНМГ.Материалы и методы. Экспериментальные животные: Белые беспородные крысы-самцы, возраст 5,5 мес, масса тела (250±50) г, виварий Института нейрохирургии (n=52); группы: группа 1 - пересечение седалищного нерва, невротомия (длина дефекта 1 см) и немедленная аутопластика (n=14); группа 2 – невротомия и немедленная пластика с применением коллагеновой трубки, заполненной фибрином (n=15); группа 3 – невротомия и немедленная пластика с применением коллагеновой трубки, заполненной фибриновым гелем с содержанием МСК-ПНГ (n=16); группа 4 – ложно оперированные животные (n=7). Определение показателей ЭНМГ путем прямой стимуляционной ЭНМГ на 4-й и 8-й неделях эксперимента.Результаты. По состоянию на конец 4-й недели наблюдения в группе 1 амплитуда М-ответа паретичной конечности статистически значимо (р=0,018) уступала таковой в интактной конечности – (3,3±0,5) и (16,5±2,3) мВ. В группах 2 и 3 отмечено статистически значимое (р=0,018) преимущество амплитуды М-ответа в интактной конечности, в группе 2 – (16,5±2,3) и (0,9±0,2) мВ; в группе 3 – (14,7±2,2) и (2,3±0,2) мВ (р=0,018), а также скорости проведения возбуждения, в группе 2 – (22,3±1,6) и (7,9±2,1) м/с (р=0,018; U-тест Мана-Уитни); в группе 3 – (19,3±2,5) и (12,7±0,4) м/с; (р=0,049; U-тест Мана-Уитни). Черех 8 нед наблюдения отмечали статистически значимое преимущество амплитуды М-ответа паретичной конечности животных группы 1 – (4,1±0,7) мВ только по сравнению с показателем в группе 2 – (1,4±0,3) мВ (р=0,007).Выводы. МСК-ПНГ оказывают положительное влияние на регенерацию ПН вследствие стимуляции прорастания большего количества нервных волокон, чем при имплантации коллагенового матрикса без МСК-ПНГ, что отражают показатели ЭНМГ.Мета. Вивчити в експерименті вплив мультипотентних стовбурових клітин – похідних нервового гребеня (МСК-ПНГ) на відновлення функції периферичного нерва (ПН) за даними електронейроміографії (ЕНМГ).Матеріали і методи. Експериментальні тварини: білі безпородні щурі-самці віком 5,5 міс, маса тіла (250±50) г, віварій Інституту нейрохірургії n=52); групи: група 1 — пересічення сідничого нерва (СН) невротомія (створення дефекту довжиною 1см) та негайна аутопластика (n=14); група 2 — невротомія та негайна пластика з використанням колагенової трубки, заповненої фібрином (n=15); група 3 — невротомія та негайна пластика з використанням колагенової трубки, заповненої фібриновим гелем з вмістом МСК-ПНГ (n=16); група 4 — несправжньо оперовані тварини (n=7). Визначення показників ЕНМГ шляхом прямої стимуляційної ЕНМГ на 4-му та 8-му тижнях експерименту.Результати. Наприкінці 4-го тижня спостереження у групі 1 амплітуда М-відповіді (Амв) задньої паретичної кінцівки (ЗПК) статистично значущо (р=0,018) поступалась такій задньої інтактної кінцівки (ЗІК) – відповідно (3,3±0,5) та (16,5±2,3) мВ. У групах 2 і 3 в ці строки відзначали статистично значуще (р=0,018) переважання Амв ЗІК – в інтактній кінцівці в групі 2 – (16,5±2,3) та (0,9±0,2) мВ, в групі 3 – (14,7±2,2) та (2,3±0,2) мВ. Через 8 тиж спостереження виявляли статистично значуще переважання Авм ЗПК у тварин групи 1 – (4,1±0,7) мВ лише порівняно з показником в групі 2 – (1,4±0,3) мВ (р=0,007).Висновки. МСК-ПНГ справляють позитивний вплив на регенерацію ПН внаслідок стимуляції проростання більшої кількості нервових волокон, ніж при імплантації колагенового матрикса без МСК-ПНГ, що опосередковано відображали показники ЕНМГ

Comparative Analysis of Biological Properties of Large-Scale Expanded Adult Neural Crest-Derived Stem Cells Isolated from Human Hair Follicle and Skin Dermis

Introduction. The adult neural crest-derived stem cells (NCSCs) have significant perspectives for use in regenerative medicine. The most attractive sources for adult NCSC isolation are the hair follicles (HF) and skin dermis (SD) because of easy access and minimally invasive biopsy. The aim of this study was to compare the biological properties of HF- and SD-derived NCSCs after their large-scale expansion. Methods. The conventional explant method was used to obtain HF NCSCs. For the isolation of SD NCSCs, a new combined technique consisting of preplating and subsequent culturing in 3D blood plasma-derived fibrin hydrogel was applied. The studied cells were characterized by flow cytometry, ICC, qPCR, Bio-Plex multiplex assay, and directed multilineage differentiation assays. Results. We have obtained both adult SD and HF NCSCs from each skin sample (n=5). Adult SD and HF NCSCs were positive for key neural crest markers: SOX10, P75 (CD271), NESTIN, SOX2, and CD349. SD NCSCs showed a higher growth rate during the large-scale expansion compared to HF NCSCs (p<0.01). Final population of SD NCSCs also contained more clonogenic cells (p<0.01) and SOX10+, CD271+, CD105+, CD140a+, CD146+, CD349+ cells (p<0.01). Both HF and SD NCSCs had similar gene expression profiling and produced growth factors, but some quantitative differences were detected. Adult HF and SD NCSCs were able to undergo directed differentiation into neurons, Schwann cells, adipocytes, and osteoblasts. Conclusion. The HF and SD are suitable sources for large-scale manufacturing of adult NCSCs with similar biological properties. We demonstrated that the NCSC population from SD was homogenous and displayed significantly higher growth rate than HF NCSCs. Moreover, SD NCSC isolation is cheaper, easier, and minimally time-consuming method