DE69733068T2

DE69733068T2 - Medizinische vorrichtung zum behandeln einer lücke oder eines defekts im zentralen nervensystem

Info

Publication number: DE69733068T2
Application number: DE69733068T
Authority: DE
Inventors: Henrich Cheng; Lars Olson
Original assignee: SWENORA BIOTECH AB
Current assignee: SWENORA BIOTECH AB, LIDINGOE, SE
Priority date: 1996-07-26
Filing date: 1997-07-24
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2017-07-25
Also published as: US6235041B1; PT918488E; EP0918488B8; CA2261216A1; ATE293393T1; ES2241052T3; AU3790697A; JP2000517206A; US6808530B2; SE9602879D0; US20010017138A1; AU732199B2; DE69733068D1; DK0918488T3; WO1998004197A1; EP0918488B1; EP0918488A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine medizinische Vorrichtung aus einem biokompatiblen Material zur Verwendung bei der Behandlung einer Unterbrechung oder einer Störung im zentralen Nervensystem.
Es gibt keine Behandlung, die eine Funktionsregenerierung bei der vollständigen Durchtrennung des Rückenmarks beim Menschen fördert. Bei Tierversuchen (1) wurde bei ausgewachsenen Tieren nach einer unvollständigen Verletzung des Rückenmarks eine Erholung erzielt, nachdem sie mit Proteinantikörpern behandelt wurden, die mit Myelin im Zusammenhang stehen, wohingegen bei Neugeborenen (2) eine Erholung nach vollständigen Verletzungen gezeigt wurden.
Über Jahre hinweg wurden verschiedene Versuche unternommen, um für das direkte Vernähen der Nervenstümpfe einen Ersatz zu finden. Viele der Untersuchungen richteten sich auf die Verwendung von Kanälen oder tubulären Prothesen, die zulassen, dass die geschnittenen Enden der Nerven sachte in die Nähe gezogen und an der Stelle befestigt werden können.
Alle bisher erzeugten Prothesen sind für periphere Nerven vorgesehen, wie zum Beispiel in US Patent Nr. 3,833,002, US Patent Nr. 4,759,764, US Patent Nr. 4,870,966 und in SE 457 598 . WO 88/06871 und WP 90/05552 offenbaren Vorrichtungen zur Leitung von peripheren Nerven. Sie sind nicht für das zentrale Nervensystem vorgesehen und nicht so markiert, dass sie weiße bzw. graue Substanz akzeptieren können.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben nun herausgefunden, dass bei Ratten, die vollständige Unterbrechungen im Rückenmark aufweisen, die Mobilität wieder hergestellt werden kann. Die Unterbrechungen wurden mit multiplen interkostalen Nerventransplantaten überbrückt, die spezifische Nervenleitungsbahnen von der weißen in die graue Substanz umleiten, und der transplantierte Bereich wurde mit einem Fibrinkleber, der einen sauren Fibroblast-Wachstumsfaktor enthält, und durch Verfahren eines zusammenpressenden Verdrahtens der vorangehenden Spina stabilisiert. Zwischen den peripheren Nerven und dem Rückenmark wurden Nervenbrücken gebildet.
Es stellte sich zudem heraus, dass bei einer Transplantation von weißer zu weißer und grauer zu grauer Substanz die Motilität unter gewissen Umständen auch wieder hergestellt werden kann, wenn der zu behandelnden Person spezielle Antikörper verabreicht werden, oder wenn diese in dem eingesetzten Material, das die Enden der Unterbrechung des Rückenmarks verbindet, umfasst sind.
Die Erfindung betrifft eine medizinische Vorrichtung aus einem biokompatiblem Material zur Verwendung bei der Behandlung einer Unterbrechung oder eines Defektes im zentralen Nervensystem, wobei die Vorrichtung eines oder mehrere Mittel umfasst, die Verbindungen wie zum Beispiel Löcher oder Kanäle aufweisen, die für den Empfang von nervenwachstumsfördernden Materialien oder Substanzen angeordnet sind. Die Vorrichtung weist einen proximalen und einen distalen Endbereich auf, der Öffnungen der Verbindungen umfasst, die durch die Kanäle gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Kopplung von Nerven von der grauen und weißen Substanz des zentralen Nervensystems am proximalen Ende mit bestimmten markierten Bereichen im proximalen Endbereich angeordnet wird und zur Kopplung von Nerven in der grauen und weißen Substanz am distalen Ende mit bestimmten markierten Bereichen im distalen Endbereich angeordnet wird.
Die Vorrichtung ist zur Kopplung von Nerven von der grauen Substanz des zentralen Nervensystems am proximalen Ende an Nerven in der grauen Substanz am distalen Ende und Nerven in der weißen Substanz des zentralen Nervensystems an dem proximalen Ende an Nerven in der weißen Substanz am distalen Ende markiert und angeordnet. Dies ist insbesondere der Fall, wenn Antikörper verabreicht werden, um das Aneinanderwachsen der Nerven zu fördern.
Gemäß der Erfindung ist die Vorrichtung oder das Mittel so markiert und angeordnet, dass die Nerven von der grauen Substanz des zentralen Nervensystems am proximalen Ende mit den Nerven in der weißen Substanz an dem distalen Ende und Nerven in der weißen Substanz des zentralen Nervensystems an dem proximalen Ende mit Nerven in der grauen Substanz am distalen Ende umgeleitet werden.
Die Vorrichtung kann bei der Behandlung von vollständigen oder teilweisen Unterbrechungen oder Defekten im zentralen Nervensystem verwendet werden. Sie kann aus einem oder mehreren Mittel(n) bestehen, das/die Löcher oder Kanäle umfasst/umfassen, die für den Empfang von nervenwachstumsfördernden Materialien oder Substanzen angeordnet sind, wobei die Vorrichtung einen proximalen und einen distalen Endbereich aufweist, der Öffnungen von den Löchern oder Kanälen umfasst. Die Öffnungen und/oder die Endbereiche können markiert werden, damit Nerven in der grauen Substanz des zentralen Nervensystems an den proximalen Enden der Unterbrechung leicht an Nerven in der weißen Substanz des zentralen Nervensystems am distalen Ende und Nerven von der weißen Substanz im distalen Ende an Nerven in der grauen Substanz des proximalen Endes gekoppelt werden.
Die Ausdrücke proxminal und distal betreffen die Richtung zum Kopf des Individuums, das das Transplantat erhält, hin, bzw. von diesem weg.
Vorzugsweise leitet die Vorrichtung deszendierende motorische Nervenleitbahnen von proximaler weißer zu distaler grauer Substanz, und aszendierende Leitbahnen von distaler weißer zu proximaler grauer Substanz.
Die Vorrichtung kann aus einem Mittel bestehen, das eine im Wesentlichen zylindrische Form aufweist, wobei das Mittel Kanäle umfasst, die Öffnungen in einem ersten Teil des Bereichs des proximalen Endes und Öffnungen in einem zweiten Teil des Bereiches des distalen Endes überbrückt, sowie Kanäle, die Öffnungen in dem zweiten Teil des Bereiches des proximalen Endes und Öffnungen in dem ersten Teil des Bereiches des distalen Endes überbrückt.
Der Endbereich kann eine beliebige geeignete Form aufweisen und plan oder nicht plan, wie zum Beispiel gewölbt oder kugelförmig, sein.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Vorrichtung eines oder mehrere Mittel umfassen, die im Wesentlichen eine ebene oder plattenartige Form aufweisen. Schläuche aus biokompatiblem oder biologisch abbaubarem Material, das ein wachstumsförderndes Material umfasst, und/oder Schwan-Zellen und/oder einer oder mehrere periphere Nerven werden durch die Löcher der Platte oder der Platten gefädelt. Wird/werden eine Nervenfaser oder Bündel an Nervenfasern verwendet, kann es sein, dass kein Schlauch benötigt wird.
Bevorzugt werden so viele feine Nerven wie möglich verwendet. Bei dem untenstehend dargestellten Experiment mit Ratten wurden 18 periphere Nerven verwendet, um eine Unterbrechung des Rückenmarks zu überbrücken. Es hat sich herausgestellt, dass selbst die Verwendung mehrerer Nerven möglich ist. Aus diesem Grund wird postuliert, dass beim Menschen bis zu 200 Nerven verwendet werden können, wie zum Beispiel 25–150, bevorzugt 50–100 Nerven.
Es ist ferner möglich, eine Vorrichtung zu verwenden, die eines oder mehrere Mittel mit einer im Wesentlichen zylindrischen Form sowie eines oder mehrere Mittel mit einer im Wesentlichen ebenen oder plattenartigen Form aufweist. Ein Mittel mit zylindrischer Form kann durch eines oder mehrere Mittel mit plattenartiger Form umgeben sein.
Ferner kann das Mittel ein Schlauch oder mehrere Schläuche aus einem biokompatiblen Material sein, der/die mit der wachstumsfördernden Substanz gefüllt werden soll(en) und der/die im Rückenmark angeordnet wird/werden. Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung solcher Schläuche. Die Vorrichtung und die Mittel können zudem auch andere Formen aufweisen und sie können zum Beispiel so geformt werden, dass sie zu dem zu behandelnden Objekt passen.
Werden ausschließlich Platten verwendet, können in diese Nervenbündel oder Schläuche aus dem biokompatiblen Material, die mit der wachstumsfördernden Substanz gefüllt sind, eingefädelt sein. Daher kann die Vorrichtung zudem eine oder mehrere Platten oder Schläuche umfassen, die bei der Verwendung befüllt werden können.
Zur Vereinfachung der Umleitung der grauen und weißen Substanz werden die Bereiche der proximalen, bzw. distalen Enden der Mittel in einen ersten Teil und einen zweiten Teil unterteilt. Die ersten und zweiten Bereiche können eine beliebige Form aufweisen. Es ist möglich, die Endbereiche einfach in zwei Teile zu teilen, die dieselbe oder eine unterschiedliche Größe haben können. Der erste Bereich ist bevorzugt ein zentraler Bereich und der zweite Bereich ist ein peripherer Bereich, der sich im Wesentlichen um den zentralen Bereich herum befindet. Es ist jedoch ebenfalls möglich, dass sich ein oder mehrere Teile der Bereiche vermischen oder aneinander kleben, dies kann mit oder ohne Verbindung(en) zum zentralen Bereich stattfinden.
Die Vorrichtung besteht bevorzugt aus einem zylindrischen Mittel, bei dem ein erster peripher Teil und ein zweiter zentraler Teil der proximalen und distalen Endbereiche mit der weißen, bzw. grauen Region beider Enden der Unterbrechungen verbunden sind. Kanäle, die von dem peripheren Teil von einem Ende laufen, werden so umgeleitet, dass sie in dem zentralen Teil des anderen Endes des Zylinders enden, und umgekehrt.
Zur Verbesserung der Regenerierung über eine große Distanz, ist es bevorzugt, einen oder mehrere Kanäle oder Bündel an Nervenfasern an der Unterbrechung vorbeilaufen zu lassen und die Enden der Nerven oder Kanäle weiter unten im Rückenmark einzusetzen. Aus diesem Grund können bei der Vorrichtung oder dem Mittel einige der Kanäle im Randbereich und nicht im distalen Endbereich enden. So wird zum Beispiel ein Nerv in der weißen Substanz des proximalen Endes der Unterbrechung eingebracht und durch einen Kanal geleitet, der sich in Randbereich der Vorrichtung öffnet. Danach wird er durch die weiße Substanz weiter hinunter geführt und nach der Unterbrechung in die graue Substanz eingeführt.
Das Mittel der Vorrichtung kann markiert sein. Der erste Teil des proximalen Endbereiches kann auf dieselbe Art und Weise markiert sein wie der erste Teil des distalen Endbereiches, wie in den 1a und 1b gezeigt.
Wenn die Vorrichtung ein zylindrisches Mittel umfasst, kann der erste (periphere) Teil von beiden Endbereichen anders markiert sein als der zweite (zentrale) Teil, zum Beispiel weiß und grau, um den Farben des Rückenmarks zu entsprechen. Es kann sein, dass keine Markierung benötigt wird, wenn die Vorrichtung einen querlaufenden Endbereich aufweist und erste und zweite Teile dieselbe Größe wie die weißen und grauen Zonen des querlaufenden Bereichs des Rückenmarks aufweisen.
In einer weiteren Ausführungsform ist der erste Teil des proximalen Endbereiches eines Mittels gleich markiert wie der zweite Teil des distalen Endbereiches und der zweite Teil des proximalen Endbereichs ist gleich markiert wie der erste Teil des distalen Endbereichs wie es das Mittel 21 in 2 ist. Dieses Markieren kann praktisch sein, wenn nur eine Platte verwendet wird. Es ist jedoch auch möglich, eine oder mehrere Platten zu verwenden, ohne diese zu markieren.
Die graue Substanz liegt im Zentrum des Rückenmarks in Form eines dicken H oder eines Schmetterlings vor, das/der von weißer Substanz umgeben ist. Wenn die ersten und zweiten Bereiche mehr oder weniger mit dem Muster der weißen bzw. grauen Substanz im zentralen Nervensystem übereinstimmen, kreuzen sich die Nervenbündel oder die Kanäle weniger. Überdies finden noch weniger Überkreuzungen statt, wenn die Umschaltungen zwischen den verschiedenen Bereichen in denselben Hälften oder Regionen des Querschnitts des Mittels stattfindet. Daher finden die Umschaltungen insbesondere in demselben linken (4E) oder rechten Randbereich des Rückenmarks statt.
Die Vorrichtung kann zum Beispiel durch eine vertikal ausgerichtete Linie (zum Beispiel wenn die Vorrichtung eine plattenartige Form aufweist) oder einen Bereich (zum Beispiel wenn die Vorrichtung eine zylindrische Form aufweist) markiert sein, um die Umschaltungen von weißer zu grauer Substanz im Wesentlichen in demselben linken oder rechten Teil durchzuführen, wie es in dem Rattenexperiment geschehen ist (4E).
Werden zwei Mittel in Form von Platten verwendet, können sie wie folgt angeordnet werden. Eine erste Platte soll nahe an dem proximalen Ende der Unterbrechung angeordnet sein und eine zweite Platte soll nahe dem distalen Ende der Unterbrechung angeordnet sein. Die proximalen und distalen Endbereiche der ersten und zweiten Platte weisen unterschiedlich markierte erste und zweite Teile auf, zum Beispiel einen weißen ersten Bereich und einen grauen zweiten Teil in beiden Platten (siehe 3). Die Öffnungen in dem ersten Teil des distalen Endbereiches der ersten Platte und die Öffnungen des zweiten Teils des proximalen Endbereiches der zweiten Platte sind mit Zeichen markiert, zum Beispiel mit 1 bis n. Die Öffnungen in dem zweiten Teil des distalen Endbereiches der ersten Platte und die Öffnungen des ersten Teils des proximalen Endbereiches der zweiten Platte sind mit verschiedenen Zeichen markiert, zum Beispiel n + 1 bis n + m.
Die Markierung kann in Form von verschiedenen biokompatiblen färbenden Substanzen oder verschiedenen Mustern vorliegen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es zudem möglich, eine Umleitung von weißer zu grauer Substanz mit direktem Koppeln von weißer zu weißer und grauer zu grauer Substanz unter Verwendung von speziellen Antikörpern zu kombinieren. Eine solche Vorrichtung kann isolierte Bereiche in dem ersten Teil umfassen, die auf dieselbe Art und Weise markiert sind wie der zweite Teil, und umgekehrt, damit nicht nur einige Nerven umgeleitetet werden, die an die isolierten Bereiche, die die Antikörper verwenden, gekoppelt sind.
Das wachstumsfördernde Material kann ein(e) beliebige(s) pharmazeutisch akzeptable(s) Material oder Substanz sein, das/die ein Wachstum der grauen oder weißen Substanz, bevorzugt der weißen Substanz, bewirkt. Sie kann ein Mittel zur Verbesserung des Nervenwachstums sein, wie zum Beispiel ein Wachstumsfaktor oder ein aktives Analogon, Fragment oder Derivat daraus. Es können eine oder mehrere Fasern, wie zum Beispiel ein Bündel aus mehreren Fasern oder Axomen aus einem peripheren Nerv und/oder Schwan-Zellen verwendet werden. Die Nerven können sowohl monofaszikulär als auch polyfaszikulär sein. Es können möglicherweise auch Mischungen der obenstehend genannten Materialien und Substanzen zusammen mit einem Kleber verwendet werden, der das Wachstum der Nerven nicht negativ beeinflusst. Das Material kann von der zu behandelnden Person stammen oder von anderen Individuen aus derselben oder einer anderen Art.
Bevorzugt werden dem zu behandelnden Individuum aus den Rippen stammende Nerven, wie zum Beispiel Interkostalnerven, entnommen und in Stücke geschnitten. Diese Nervenstücke oder Teile davon werden in die Löcher oder Kanäle der Vorrichtung eingebracht. Da die Anzahl und die Qualität der Funktionen steigen, je mehr Brücken gebildet werden, ist es bevorzugt so viele Nerven wie möglich zu haben. Es können 1 bis 100, bevorzugt 9 bis 75, insbesondere 15 bis 40 Bündel an Nervenfasern verwendet werden.
Die Löcher und die Kanäle können eine beliebige querlaufende Querschnittsform aufweisen, wie zum Beispiel eine runde, ovale oder quadratische Form. Bevorzugt sind sie tubulär mit rundem oder ovalem Lumen.
Der Durchmesser kann von 1 μm bis 5 mm betragen. Es werden bevorzugt sichtbare Bündel an peripheren Nervenfasern in die Kanäle eingebracht, die einen Durchmesser von etwa 0,2 mm bis 3 mm, insbesondere von 0,5 mm bis 2 mm aufweisen.
Die Vorrichtung kann ohne jegliches wachstumsförderndes Material abgegeben werden und sie kann zum Beispiel zusammen mit peripheren Nerven oder Schwan-Zellen vom dem Individuum, bei dem die Transplantation stattfinden soll, verwendet werden. Es ist jedoch zudem auch möglich, die Vorrichtung mit einem wachstumsfördernden Material abzugeben, das möglicherweise zusammen mit Arzneimitteln oder Substanzen angeordnet wird, die einen mikrobiellen und immunologischen Einfluss auf das Material während dem Transport und der Lagerung oder im Körper des Patienten verhindert. Die Vorrichtung kann zudem auch Wachstumsfaktoren umfassen, wie zum Beispiel bioaktive neotrophische Faktoren, zum Beispiel aFGF, das in das Material der Vorrichtung oder in die Löcher und/oder Kanäle eingebracht ist. Der Wachstumsfaktor kann in einer Gradientenkonzentration vorliegen, die in proximaler oder distaler Richtung ansteigen kann.
Für die Abstandhalternerven können verschiedene Gradienten verwendet werden, die aus der weißen bzw. grauen Substanz stammen.
Die Vorrichtung und das Mittel können eine beliebige Form aufweisen. Die querlaufende Querschnittsfläche kann zum Beispiel rund, oval, viereckig oder rechtwinklig sein. Bevorzugt weist sie etwa dieselbe Form und dieselbe Fläche auf wie der Querschnitt der Unterbrechung im Rückenmark des Individuums, das das Transplantat erhält. Die Größe des Individuums bestimmt die Größe des Rückenmarks. Desweiteren ist das Rückenmark in den Bereichen dicker, bei denen die Nerven zu den Armen und Beinen herauskommen. Es ist zudem möglich, eine vollständige oder eine teilweise Unterbrechung zu behandeln. In Anbetracht dieser Tatsache und in Anbetracht der Tatsache, dass das Mittel plattenartig sein kann, oder die Form eines Zylinders haben kann, kann die Vorrichtung in verschiedenen Größen hergestellt werden. Die Länge in der Richtung des Rückenmarks kann etwa 0,2 cm bis 5 cm betragen, bevorzugt 0,5 cm bis 4 cm. Die Länge der Vorrichtung hängt von der Länge von jedem Mittel ab, aus dem es zusammengesetzt ist. Der querlaufende Bereich der Vorrichtung und des Mittels können von etwa 0,3 cm² bis 4 cm² variieren.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Wiederherstellung einer Defizienz im menschlichen Rückenmark. Das Verfahren umfasst das Füllen einer Vorrichtung aus einem biokompatiblem Material mit Nerven und/oder Schwan-Zellen, möglicherweise auch mit wachstumsförderndem Material und möglicherweise auch mit einem biokompatiblem Kleber und Verbinden der weißen mit der grauen Substanz des Rückenmarks. Werden spezielle Antikörper verwendet, ist es zudem möglich, die Nerven von der weißen Substanz zur weißen Substanz und von der grauen Substanz zur grauen Substanz zu koppeln.
Es ist zudem möglich, die zwei verschiedenen Arten der Kopplung der Substanz des zentralen Nervensystems zu kombinieren und einige der Nerven mit derselben Art an Substanz (d.h. weiß zu weiß und grau zu grau) und einige andere Nerven von weiß zu grau zu koppeln.
Die Vorrichtung kann aus einem beliebigen biokompatiblen Material zusammengesetzt sein wie zum Beispiel aus Polyethylenvinylacetat (EVA); oder aus biokompatiblen Hydrogelen, wie zum Beispiel Polyvinylpyrolidon, Polyethylenoxide (PEO), Polyurethane, Acrylate oder Mischungen daraus. Bevorzugte Acrylate umfassen Methacrylate oder Hydroethylmethacrylate.
Alternativ kann sie aus einem biologisch resorbierbarem oder einem biologisch absorptionsfähigen biokompatiblen Polymer zusammengesetzt sein, wie zum Beispiel einem Polyanhydrid, Polyester, oder Mischungen daraus; Poly-alpha-hydroxysäuren (PGA); Polymilchsäure, Copolymere aus Milch- und Glycolsäuren, und diese Polymeren mit anderen Polyestern copolymerisiert, wie zum Beispiel Epsilon-Caprolacton; Copolymere, die Glycolsäureester- und Trimethylencarbonat-Bindungen aufweisen, zum Beispiel das Copolymer des MAXON-Fadenmaterials (American Cyanamid Company, Wayne NJ. 07470, USA); Polydioxanon; Polyester, die aus Diolen und Succin- und/oder Oxalsäure, isomorphe Copolyoxalate und Poly(alkylen)oxalate; Polymere, die aus unsymetrisch substituierten 1,4-Dioxan-2,5-dionen hergestellt sind.
Es können auch Silikon, Bindegewebsfasern, wie zum Beispiel Kollagen, Polyglykolsäure, Komposite aus Kollagen und Glycosaminoglycan (siehe US-Patent Nr. 4,280,954) verwendet werden.
Das Material der Vorrichtung ist bevorzugt hinsichtlich Körperflüssigkeiten und Substanzen permeabel, um zum Beispiel das Einwachsen der Blutgefässe in die Vorrichtung zu erleichtern. Das Material soll Qualitäten aufweisen, die die Nervenfasern an der Stelle halten und dort fixieren. Bindegewebsfasern wie zum Beispiel Kollagen sind geeignet.
Die Vorrichtung kann erzeugt werden, indem flexible Schläuche verwendet werden, um die das biokompatible Material geformt wird. Die flexiblen Schläuche sind gebogen, damit sie die Richtung der Kanäle von dem ersten Bereich des proximalen Endes zu dem zweiten Bereich des distalen Endes ändern, und umgekehrt. So werden Kanäle gebildet, die die Richtung von weißer zu grauer Substanz ändern. Die Schläuche werden danach aus der Vorrichtung herausgezogen.
Vorrichtungen, wie zum Beispiel Platten, die außerhalb des Mittels oder zwischen dem Mittel die Richtung ändern sollen, können wie in der WO-Schrift Nr. 90/05552 beschrieben erzeugt werden.
Die Vorrichtung wird bevorzugt mit einem in die Kanäle eingeführten Faden abgegeben. Wenn Nervenbündel verwendet werden, werden diese an den Faden gebunden und durch die Kanäle gezogen.
Wird die Vorrichtung, die Nervenbündel oder Kanäle aus biokompatiblem Material, das Schwan-Zellen und/oder anderes nervenwachstumsförderndes Material enthält, verwendet, wird sie mit einem biokompatiblem Kleber behandelt, der einen oder mehrere Wachstumsfaktoren umfasst.
Der gemäß der vorliegenden Erfindung verwendbare Kleber ist bevorzugt ein Fibrinkleber, der 50–200 mg/ml, bevorzugt 100 mg/ml Fibrinogen und 0,2 μg–20 μg pro ml, insbesondere 1 μg–5 μg pro ml, insbesondere 2,1 μg/ml an Wachstumsfaktor aFGF (acidic fibroblast growth factor) umfasst.
Der Fibrinkleber kann eine auf Fibrinogen basierende Verbindung sein, die zweifach dichtende Bestandteile aufweist, (Beringplast R P, Behring, Behringwerke AG, Marburg, Deutschland), wobei ein Fläschchen A ein Fibronogenkonzentrat aufweist, das aus 115–232 mg Trockensubstanz besteht, die einen Humanplasmaproteinanteil mit 65–115 mg Fibrinogen und einen Humanplasmaproteinanteil mit einer Faktor-XIII-Aktivität von 40–80 U enthält, und ein Fläschchen B eine Aprotininlösung aufweist, die aus 1 ml Lösung besteht, die 1000 KIU Rinderlungenaprotinin enthält, und ein Fläschchen C mit Thrombin, das aus 4,9–11,1 mg Trockensubstanz besteht, die einen humanen Plasmaproteinanteil mit einer Thrombinaktivität von 400–600 IU aufweist, und ein Fläschchen D mit einer Calciumchloridlösung, die aus 2,5 ml Lösung besteht, die 14,7 mg Calciumchlorid 2H₂O (40 mmol) enthält.
Die Anweisungen des Lieferanten werden befolgt und das aFGF wird bei der Benutzung dem Fläschchen A hinzugefügt.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben, wobei:
1a eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Erfindung und der Enden des zentralen Nervensystems an einer Unterbrechung ist, bei der die Nervenleitungsbahnen im zentralen Nervensystem umgeleitet werden,
1b eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist, bei der die Nervenleitungsbahnen von weißer zu weißer und von grauer zu grauer Substanz umgeleitet werden,
2 eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, die aus zwei Platten besteht,
3 wie 2 eine Draufsicht ist, die eine mögliche Markierung der Platten mit Figuren zeigt, um das Einfädeln der Nerven durch die Platten zu erleichtern.
4A–F die Ergebnisse der Transplantation von Rattenrückenmark ist, wobei 4A–C Microphotographien zeigen, die Verfärbungen der Querschnitte durch Rückenmarkselemente darstellen, 4D die Funktion der Hinterbeine darstellt, 4E eine schematische Darstellung von Nervenbrücken von weißer zu grauer Substanz ist, und 4F die Zusammenfassung der Tierdaten darstellt, und
5A–F die Morphologie und sequentielle Videoframes der Versuchstiere zeigen.
Bei der Vorrichtung 1a der 1 hat das Mittel 2 die Form eines Zylinders, wobei bei diesem der proximale Endbereich 5 und der distale Endbereich 6 erste 8 und zweite Teile 9 aufweisen. Die ersten Teile 8 und die zweiten Teile 9 der proximalen und distalen Enden 5 und 6 sind weiß, bzw. schattiert. Die Vorrichtung umfasst Kanäle 4, von denen drei in der Zeichnung dargestellt sind. Ein Kanal 4 führt von dem ersten Teil 8 des proximalen Endbereiches 5 zu dem zweiten Teil 9 des distalen Bereichs 6. Ein anderer Kanal führt von dem zweiten Teil 9 des proximalen Endbereiches 5 zu dem ersten Teil 8 des distalen Endbereichs 6. Einer der Kanäle 4 endet in einer Öffnung 7 im Seitbereich 14 der Vorrichtung um an dem distalen Ende der Unterbrechung des ZNS vorbeizuführen und um weiter unten in einem geeigneten Winkel durch die weiße in die graue Substanz in das ZNS eingeführt zu werden. In die Kanäle wurden Nervenbündel eingefädelt (nicht dargestellt).
Bei den Endbereichen sind Teile unterschiedlich markiert, damit es zum Beispiel leicht zu erkennen ist, dass die Kanäle, die aus den weißen ersten Teilen 8 des proximalen Endbereiches 5 kommen, in die weiße Substanz 11 des Endbereichs der proximalen Unterbrechung 10 eingeführt werden müssen. Die Kanäle, die aus dem grauen zweiten Bereich 9 im distalen Ende 6 der Vorrichtung kommen, werden in die graue Substanz 13 des Endbereichs der distalen Unterbrechung 12 eingeführt. Dementsprechend werden andere Kanäle, die aus dem weißen ersten Teil 8 und dem grauen zweiten Teil 9 der Endbereiche 5 und 6 der Vorrichtung kommen, in die Substanz der Endbereiche der Unterbrechung des ZNS eingeführt, die dieselbe Farbe hat. Mit der Vorrichtung der 1, wurden deszendierende Nervenleitungsbahnen von der proximalen weißen zu der distalen grauen Substanz gekoppelt und aszendierende Nervenleitungsbahnen wurden gemäß der Pfeile von der distalen weißen zur proximalen grauen Substanz gekoppelt.
Es ist vorgesehen, dass die Vorrichtung der 1b zusammen mit einem Material wie beispielsweise bestimmten Antikörpern verwendet wird, das das Wachstum in dem Nervenmaterial induzieren kann. Aus diesem Grund müssen die Nervenleitbahnen nicht umgeleitet werden. Die Vorrichtung umfasst ein Mittel 20, bei dem gezeigt wird, dass zwei Kanäle 4 von dem ersten Teil 8 des proximalen Endbereiches 5 zu dem ersten Teil 8 des distalen Endbereiches 6 führen. Es wird dargestellt, dass ein weiterer Kanal 4 von dem zweiten Teil 9 des proximalen Endbereiches 5 zu dem zweiten Teil 9 des distalen Endbereiches 6 führt. Daher findet keine Umleitung statt. Die Vorrichtung der 1b kann zudem Kanäle aufweisen, die in Öffnungen des Seitbereichs 14 enden, um an der Unterbrechung vorbeigeführt zu werden und weiter unten (nicht dargestellt) in das ZNS eingeführt zu werden.
2 stellt die proximalen und distalen Endbereiche einer Vorrichtung 1 dar, die aus zwei Mitteln 21 und 22 in Form von zwei Platten mit Löchern 3 bestehen, durch die Nervenbündel oder Schläuche, die mit wachstumsförderndem Material wie zum Beispiel Schwan-Zellen gefüllt sind, gemäß den gestrichelten Linien durchgefädelt werden können. Es sind die proximalen und distalen Enden von zwei Platten dargestellt. Die Platten 21 und 22 sind mit 1P bzw. 2P markiert, damit sie in der richtigen Reihenfolge und mit den proximalen Enden in Richtung des Kopfes des Patienten angeordnet werden. Das proximale Ende 5 der ersten Platte 21, das mit "1P" markiert ist, weißt einen weißen ersten Teil 8' und einen grauen zweiten Teil 9' auf, um zu zeigen, wo die Schläuche oder Nervenbündel in die weiße und graue Substanz des proximalen ZNS-Unterbrechung später eingebracht werden sollen. Das distale Ende 6 der ersten Platte ist markiert, um das Einfädeln der Nerven, die aus der ersten Platte kommen, zu lenken, wobei der erste Teil 8' grau ist und der zweite Teil 9' weiß ist. Der proximale Teil 5 der zweiten Platte 22 ist so markiert, dass die Nerven von dem rechten Teil der ersten Platte empfangen werden können, damit die Richtung von weiß zu grau geändert wird. Daher ist der erste Teil 8 des proximalen Endes 5 weiß und der zweite Teil 9 ist grau, wobei der erste Teil 8 bzw. der zweite Teil 9 des distalen Endes 6 der zweiten Platte 22 auf dieselbe Art und Weise, weiß oder grau, markiert ist. Die Anordnung der Platten kann wechseln, jedoch findet in einem solchen Fall das Crossing-Over von dem weißen zum grauen Bereich nicht zwischen den Platten statt, sondern nach der zweiten Platte. Wird Kleber verwendet, wird dieser zwischen den Platten und an der Einführungsstelle oder in dem Rückenmark angeordnet.
Ferner ist es möglich, wie in 2 den ersten und zweiten Teil des proximalen Bereichs der ersten Platte weiß und grau zu markieren, aber anstatt die Bereiche des distalen Endes der ersten Platte und des proximalen Bereiches der zweiten Platte können die Öffnungen 7 der Löcher 3 in diesen Bereichen nummeriert werden, damit das Einfädeln, wie in 3 gezeigt, geleitet wird.
Bei der Erzeugung und Nummerierung der Löcher ist es möglich, ein Kreuzen der Schläuche oder Nervenbündel zu vermeiden oder zu Minimieren, um die Umleitung zwischen der weißen und grauen Substanz in demselben linken oder rechten Teil der Vorrichtung und des Rückenmarks zu beizubehalten.
Untersuchungen, die eine Rückenmarkreparatur bei erwachsenen paraplegischen Ratten und eine teilweise Wiederherstellung der Funktion der Hinterbeine zeigen (Science, 26. Juli 1996, im Druck)
Vollständige Rückenmarkunterbrechungen bei erwachsenen Ratten wurden mit multiplen interkostalen Nerventransplantaten überbrückt, die spezifische Nervenleitungsbahnen von weißer zu grauer Substanz umleiteten, und der transplantierte Bereich wurde durch einen sauren fibroblastischen Fibrinkleber, der einen Wachstumsfaktor enthält, und durch kompressive Verspannung der hinteren Wirbensäulenprozesse, stabilisiert. Die Funktion der Hintergliedmaße verbesserte sich während der ersten 6 Monate progressive, was durch zwei allgemein anerkannte Punktesysteme beurteilt wurde. Der Tractus corticospinalis regenerierte, ebenso wie verschiedene bulbospinale Nervenleitungsbahnen, durch den transplantierten Bereich zur Lendenmarkverdickung. Diese Daten deuten zusammen auf eine mögliche Wiederherstellungsstrategie für Verletzungen des Rückenmarks hin.
Zur Vermeidung von Unklarheiten und zur Darstellung des schlimmsten klinischen Szenarios untersuchten wir erwachsene Ratten mit einer vollständigen chirurgischen Durchtrennung des Rückenmarks einschließlich der Entfernung von 5 mm des Marks bei T8. Die Histologie der operativ entfernten Rückenmarkstücke ergab eine vollständige Durchtrennung (4A). Wir fuhren danach mit einem Reparaturverfahren (3) fort.
Wir verwendeten periphere Nervenimplantate (4) zur Überbrückung der Unterbrechung im Rückenmark (4B und C und 5B) und fanden heraus, dass mehrere feine Nervenimplantate (18 Nerven zur Überbrückung einer Unterbrechung) eine bessere Genauigkeit ergaben als die Verwendung von wenigeren dickeren Nerven. Zur Vermeidung von Oligodendrogliaproteinen, die eine Axonregeneration (5) inhibieren, leiteten wir die regenerierende Nervenleitungsbahnen von nicht toleranter weißer zu toleranter grauer Substanz (6) um. Somit leiteten die peripheren Nervenbrücken herunterleitende motorische Nervenleitbahnen von proximaler weißer zu distaler grauer Substanz und aszendierende motorische Nervenleitbahnen von distaler weißer zu proximaler grauer Substanz (4E), wobei die spezifische Anatomie der deszendierenden und hinaufführenden Nervenleitbahnen (7) der Ratte beachtet wurde. Zur Stabilisierung des verletzten Bereiches und der peripheren Nervenbrücken wurde der transplantierte Bereich mit einem auf Fibrin basierenden Gewebekleber aufgefüllt, der das Wachstum der Nervenfasern (8) nicht negativ beeinflusst, und die Columna vertebralis wurde durch Verspannung (9) in Dorisflexion fixiert.
Das saure FGF ist ein normaler Bestandteil (10) des Rückenmarks. Da keine Signalsequenz vorhanden ist, wurde angenommen, dass es in den Zellen maskiert ist und nur nach einem Schaden freigesetzt wird. Demzufolge kann FGF in Reparaturen (11) involviert sein. Zudem verringert es Gliose und verbessert die Entwicklung von Nervenfasern in Rückenmarktransplantaten (12). Das Mischen eines aFGF in einen Fibrinkleber ermöglicht eine langsame Freisetzung (13).
Die Tiere wurden im Zeitverlauf hinsichtlich Anzeichen einer funktionellen Erholung beobachtet und von zwei unabhängigen nicht voreingenommenen Beobachtern mittels CBS (14) und des OFWS (15) bewertet. Schlüsselreaktionen wurden auf Video aufgezeichnet. Die Funktion der Hintergliedmaße der Tiere, die dem fünfstufigen Verfahren unterzogen wurden, verbesserte sich signifikant und begann drei Wochen nach der Operation und setzte sich in dem Beobachtungsjahr (4D) weiter fort. Auch der Zustand der Tiere, die einer unilateralen Behandlung unterzogen wurden, verbesserte sich, jedoch in einem geringeren Ausmaß. Bei vier unterschiedlichen Kontrollgruppen (14 nur Transektion, 5 nur Entfernung des Rückenmarks, 3 Überbrückung von weißer zu weißer Substanz, 2 Weglassen eines aFGF), trat keine Verbesserung auf (4D). Eine Verbesserung wurde durch das Auftreten einer funktionsfähigen Stellung der Hintergliedmaßen offensichtlich (für gewöhnlich Flexion der Hüften, dann der Knie, dann Dorisflexion der Knöchel). Bei den Kontrolltieren blieben die Hintergliedmaßen ausgestreckt und äußerlich gedreht. Die Verbesserung war in 6 Fällen symmetrisch (28%), und bei dem Rest asymmetrisch. Fortbewegung umfasste eher Traben als einen zottelnden Gang (5H–J). Die Hintergliedmaßen trugen das Körpergewicht teilweise und es wurden in den drei Hauptgelenken Bewegungen festgestellt. Bei keinem Tier der Kontrollgruppe waren derartige Bewegungen erkennbar. Wir fanden zudem auch sehr zufrieden stellende positive Wirkungen bei contact placing scores beider Gruppen, die eine komplette Behandlung erhalten hatten (4D), was nahe legt, dass eine funktionelle Erholung den Tractus corticospinalis (2) einschließt.
Vorwärts gerichtetes Weizenkeim-Agglutinin-Meerrettich-Peroxidase (WGA-HRP)-Tracing von den sensormotorischen Hirnrinden und rückwärts gerichtetes WGA-HRP-Tracing von der Lendenmarkverdichtung wurden zur Dokumentierung der Regeneration des Fasertraktes (1F, 16) verwendet. Rückenmark und Gehirn wurden analysiert und die markierten Nervenzellenkörper wurden gezählt (17). Abschnittpräparate des transplantierten Bereichs wurden mit Kresylviolett oder Antikörpern gegen Neurofilament und saures Gliafaserprotein (glial gibrillary acidic protein, GFAP) analysiert, um die Morphologie, Nervenfasern in den Brücken, und den Gliosegrad darzustellen. Anterogrades Tracing wird durch ein behandeltes Tier (4F, 5E, 5F, 5G) beispielhaft dargestellt, bei dem die markierten Fasern in den dorsalen Funiculus des proximalen Stumpfes herunterführen, die überbrückenden Transplantate kreuzen, und die graue Substanz des proximalen Abschnittes des distalen Stumpfes erreichen. Die Fasern liefen an der Schnittstelle zwischen dem dorsalen Funiculus und der dorsalen grauen Substanz entlang und endeten entlang der dorsomedialen Seite der Columna posterior in Bereichen, die an die substantielle Gelatinosa in der Lendemarkverdichtung angrenzen. Die markierten Fasern wurden daher in Bereichen gefunden, die der Nervenleitungsbahn des Tractus corticospinalis der Ratte entsprechen, wie in einer cortikalen Ablationsuntersuchung beim Nagetier (7) gezeigt. Bei den vier anderen durch anterogrades Tracing untersuchten Tieren (4F) kreuzten markierte Fasern die Überbrückungstransplantate und wurden in grauer Substanz zu T11, T11–12, T12 oder L1–2 gefunden. Bei vier Kontrolltieren mit durchtrenntem Rückenmark und bei einem Tier, bei dem eine Überbrückung von weißer zu weißer Substanz vollzogen wurden zudem ein aFGF, reichten die Tracti corticospinalis nicht die distalen Rückenmarkstumpfe. Ein anterogrades Tracing der Kontrolltiere deutete auf keine Verbindungen zu den distalen Stümpfen (4F).
Die Anwendung von WGA-HRP auf das verletzte lumbale Rückenmark führte bei zwei der drei behandelten Tiere (5A) zu einer Markierung der Motoneuronen in den Schichten III–V der motorischen Bereiche der Hintergliedmaßen bilateral im Cortex Cerebri. Markierte Neuronen wurden zudem bei allen behandelten Tieren auch im dorsalen Tegmentum, den unteren Gliedmaßenbereichen der roten Nuklei, der retikularen Nuklei und der Raphe-Nuklei festgestellt. Ein paar Raphe-Neuronen (8 Zellen) waren in einem der drei Kontrolltieren mit durchtrenntem Rückenmark und in einem Tier mit Transplantat ohne aFGF (56 Zellen) markiert. Bei Tieren, die dem fünfstufigen Verfahren unterzogen wurden, wurden zahlreiche Raphe-Neuronen markiert. Daher scheint eine beträchtliche Anzahl an regenerierenden deszendierenden Axonen, einschließlich dem Tractus corticospinalis und anderen supraspinalen Neuronen, zur funktionellen Erholung essentiell. Tiere mit einer verbesserten Funktion der Hintergliedmaßen, zeigten Anzeichen einer Erholung von sowohl dem Einsetzen der Motorik als auch der spontanen Gangmodifikationskreisläufe bis zum zentralen Mustergenerator des Rückenmarks (18), was darauf hin deutet, dass diese erneuten Verbindungen den Tieren ermöglichte, ihre Hintergliedmaßen teilweise zu steuern. Der Grad an funktionaler Erholung schien mit dem Grad der Regeneration der motorischen Fasersysteme in Wechselbeziehung zu stehen (4F). Die GFAP-Immunhistochemie zeigte große Zysten und große GFAP-arme Unterbrechungen zwischen den Strangstumpfen (4,7 ± 0,86 mm, n = 5) bei den Cl-Kontrolltieren, wohingegen Tiere, die das komplette Reparaturverfahren erhalten hatten, wesentlich kürzere GFAP-arme Unterbrechungen aufweisen (0,7 ± 0,19 mm, n = 4; p < 0,001, ANOVA). Die Brückentransplantate bei der letzteren Gruppe zeigten eine starke Immunoreaktivität der Neurofilamente. Forscher untersuchten viele unterschiedliche Modelle von Rückenmarksverletzungen bei Tieren. Inkomplette Rückenmarkverletzungen wie zum Beispiel halbe Durchschnitte, Kontusionen, Kompressionen und verschiedene chemische oder mechanische partielle Verletzungen, führten zu wertvoller Information über reaktive und kompensatorische Veränderungen, jedoch sind einige dieser Modelle für Studien der funktionellen Erholung, die durch die Regenerierung von durchgeschnittenen Axonen hervorgerufen wurden, weniger geeignet. Wir haben gezeigt, dass unser Verfahren zu einem wesentlichen Grad an struktureller und funktioneller Erholung im komplett durchgeschnittenen Rückenmark von erwachsenen Ratten führen kann, einschließlich der Regeneration von Axonen des Tractus pyramidalis, der Bewegungen der Hintergliedmaße und Tragen des Gewichtes. Bis zu welchem Grad unser Verfahren auf einen chronisch paraplegischen Zustand und auf Menschen angewendet werden kann bleibt abzuwarten.
Literaturstellen

1. E. Puchala, W. Windle, Exp. Neurol. 55, 1–42 (1977); L. Olson et al., Brain Res. Bull. 9, 519–537 (1982).
2. Y. Iwashita, S. Kawaguchi, M. Murata, Nature 367, 167–170 (1994); L. Schnell et al., Nature 367, 170–173 (1994); B. Bregman, et al., Nature 378, 498–501 (1995).
3. Die Wirbel T7–10 wurden bei erwachsenen weiblichen Sprague-Dawley-Ratten mit einem Gewicht von 250 g unter einer Halothan (1,5%)-Anästhesie (Atemfrequenz 60/min, Rektaltemperatur < 3°C unter normal) freigelegt. Nach einer hinteren T8 und T9 Laminektomie und einer bipolaren Kauterisation zur Steuerung der Hämorrhagie, wurde ein T8-Rückenmarkstück von 5 mm mit Mikroscheren entfernt (4A). Achtzehn Interkostalnerven, in Hanks' gesammelt, wurden zur Wiederherstellung der Verbindung und Umleitung der Nervenleitungsbahnen zwischen den Rückenmarkstumpfen verwendet (4E). Der Boden des Hohlraumes zwischen den Rückenmarkstumpfen wurde durch eine dünne Gelschaumschicht bedeckt. Zerkleinerte Stücke der peripheren Nerven wurden verwendet, um den Winkel zwischen dem Gelschaumboden und der äußersten ventralen Oberfläche (weiße Substanz) des geschnittenen Endes des Rückenmarkstumpfes zu füllen, wodurch ein abgeschrägter Boden erzeugt wurde, um eine gewisse physische Unterstützung der Nervenbrücken zu ermöglichen, die von den tiefen (weiße Substanz) proximalen Stellen zu den etwas mehr dorsalen (graue Substanz) distalen Stellen führten. Die Schnittenden der interkostalen Nervenbrücken wurden aneinander gehalten und an die halbtrockenen Oberflächen der Rückenmarkstumpfe angehaftet. Die zwei versiegelnden Fibrinkleberelemente (Beriplast P, dankenswerterweise von Behring, Deutschland, zur Verfügung gestellt) wurden hergestellt (vgl. 8 & 13). aFGF (dankenswerterweise von Dr. Yihai Cao und Dr. Ralf Petterson, Ludwig Institute for Cancer Research, Stockholm, zur Verfügung gestellt), wurde mit einer Aprotininlösung in das Fibrinogen gemischt. Diese Lösung wurde mit 10 μl Thrombin plus Calciumchlorid gemischt, um einen aFGF-enthaltenden (2,1 μg/ml Kleber) Klebguß (endgültiges Klebervolumen 10 μl) in dem transplantierten Bereich zu bilden. Die T7 und T10 spinalen Fortsätze wurden mit einer S-förmigen monofilamenten OP-Stahldrahtschleife (DS-20, Ethicon) in Dorisflexion fixiert, die mit nicht-absorbierbaren circumspinalen Fäden an der Wirbelsäule befestigt wird. Von den Versuchstieren wurde eine Gruppe einer unilateralen Umleitung und einem aFGF im Kleber (URDaFGF) unterzogen, die anderen zwei Gruppen wurden einer bilateralen Umleitung und einem aFGF-Kleber (BRDaFGF) unter Verwendung von Autotransplantaten (50%) vermischt mit allogenen Transplantaten (I) oder unter Verwendung von ausschließlich Autotransplantaten (II) unterzogen. Kontrolltiere wurden bei T8 (C1) einer Transektion, oder der Entfernung eines Rückenmarksegments von 5 mm (C2), oder einer Transplantation mit denselben Verfahren unterzogen, außer dass aFGF (BRD) durch HBSS ersetzt wurde, oder sie wurden einer Transplantation unter Verwendung von Verbindungen, die ausschließlich von weißer zu weißer Substanz (RBaFGF) führten, unterzogen. Die Tiere wurden in Käfigen mit dicker weicher Bettung gehalten, die während der ersten postoperativen Tage von unten beheizt wurde. Eine manuelle Blasenleerung wurde zweimal täglich durchgeführt, solange dies notwendig war. Antibiotika (Borgal, Hoechst, 15 mg/kg, subkutan) wurden über 7 Tage hinweg einmal täglich injiziert. Wund gelegene Stellen an den Hinterbeinen wurden mit in Iod getauchten Umschlägen behandelt. Die Tiere wurden getötet, wenn eine schwere Sepsis (Infektion der Harnwege), infizierte wundgelegene Stellen oder andere Wunden auftauchten. Für die wichtigsten hier beschriebenen Untersuchungen betrug die Mortalitätsrate weniger als 10%. Die Untersuchungen wurden durch das Ethikkommitee für Tierversuche in Stockholm zugelassen. Die Tiere wurden zu verschiedenen Zeitpunkten zur histologischen Analyse geopfert, jedoch nicht früher als einen Monat nach der OP, um die vollständige Degenerierung der durchgeschnittenen nach unten verlaufenden Fasern im distalen Stumpf (9) sicherzustellen.
4. S. David, und A. Aguayo, Science 214, 931–933 (1981); M. Benfey, und A. Aguayo, Nature 296, 150–152 (1982); R. Bunge, Curr. Opin. Neurobiol. 3, 805 (1993).
5. T. Savio, und M. Schwab, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87, 4130 (1990); M. Schwab, TINS 13, 452 (1990).
6. L. Nygren, K. Fuxe, G. Jonsson, L. Olson, Brain Res. 78, 377 (1974); R. Kuang, M. Merline, K. Kalil, Development 120, 1937–1947 (1994).
7. L. Brown, Exp. Brain. Res. 13, 432 (1971).
8. H. Cheng, S. Almström, L. Olson, J. Neural Transplant. Plast. 5, 233 (1995).
9. H. Cheng, L. Olson, Exp. Neurol. 136, 149–161 (1995).
10. R. Elde, et al., Neuron 7, 349 (1991); Y. Cao, Thesis, Karolinska Institute (1993); M. Koshinaga, H. Sanon, S. Whittemore, Exp. Neurol. 120, 32 (1993).
11. P. McNeil, L. Muthukrishnan, E. Warder, P. D'Amore, J. Cell Biol. 109, 811 (1989).
12. M. Giacobini, B. Hoffer, G. Zerbe, L. Olson, Exp. Brain. Res. 86, 73 (1991).
13. H. Cheng et al., Exp. Brain. Res. 104, 199 (1995).
14. K. Gale, H. Kerasidis, J. Wrathall, Expt. Neurol. 88, 123 (1985). Das prozentuelle funktionelle Defizit wie durch das Combined Behavioral Score (CBS) angegeben, wurde zur Bewertung des Verhaltens verwendet. Das CBS (mit Ausnahme von Hot Plate), das von 100 Punkten (vollständige Paralyse) bis 0 Punkten (normal) reicht, besteht aus Punkten für die Motorik (0–45), das Ausstrecken der Zehe (0–5), einen Korrigierungsreflex (0–15), das Zurückziehen nach einer Streckung (0–5), einen Placing-reflex (0–5), das Klettern auf geneigter Ebene (0–15), und einen Schwimmversuch (0–10).
15. M. Beattie, J. Bresnahan, in: Criteria for the assessment of recovery of function: behavioural methods, M. Brown, et al., Eds. (American Paralysis Association, Springfield, New Jersey, 1989), Seiten 16–25; D. Behrmann, J. Bresnahan, M. Beattie, B. Shah, J. Neurotrauma 9, 197–217 (1992). Laufversuch auf freiem Feld zur Messung der durchschnittlichen Bewegungsfähigkeit während eines Versuchszeitraumes von 5 Minuten. Zwei kodierte Tiere wurden gleichzeitig beobachtet, um die Bewegungsaktivität zu stimulieren, und gemäß einer modifizierten Tarlov-Skala nach Punkten bewertet, die von 0 (schlaffe Paralyse) bis 5 (normales Gehen) reicht. Diese Skala wurde unterteilt, um das Muster der Erholung der Bewegungsfunktion wie folgt genauer wiederzugeben: 0, keine spontane Bewegung; 1, Bewegung, die nicht reflexiv ist, Bewegung in Hüfte und/oder Knie, jedoch nicht im Sprunggelenk; 2, Bewegung des Gliedmaßes in allen drei Hauptgelenken; 3, aktives Tragen des Körpergewichts, unkoordinierter Gang oder gelegentliche kurze Perioden eines koordinierten Ganges; 4, Koordination der Vordergliedmaßen und der Hintergliedmaßen im Gang (Trab), geht auf Knöchel oder medialer Oberfläche des Fußes oder wenigem Nachziehen der Zehe); 5, Normal.
16. L. Heimer, in Neuroanatomical Tract-Tracing Methods, L. Heimer, M. Robards, L. Zaborszky, Eds. (Plenum Press, New York, 1981, 1989). Für retrogrades HRP-Tracing wurden sechs Injektionen von 0,1 μl an 5%-igem WGA-HRP (Sigma) in die Lendenmarkverdichtung (L4–5, 25 mm distal zur distalen Schnittstelle zwischen Transplantat und Transplantatempfänger) verabreicht und mit einer L6 Transektion kombiniert, um die Aufnahme von HRP zu verbessern. Positive und negative Kontrollen umfassten die Injektion von WGA-HRP mit/ohne Colchicin-Blockierung oder einem akuten Schnitt bei T8 (4F). Für anterogrades HRP-Tracing wurde eine Gesamtmenge von 2 μl an 5%-igem WGA-HRP in die sensorimotorischen Kortizen injiziert, wobei fünf Injektionen von 0,2 μl je Seite verwendet wurden. Positive und negative Kontrolltiere sind ebenfalls in 4F dargestellt. Die Tiere wurden 48 Stunden später künstlich durchblutet (Ringer-Lösung, 2% Paraformaldehyd, 10% Sukrose). Zur Immunohistochemie der transplantierten Bereiche wurden Gewebe ferner zwei Stunden lang mit 4% Paraformaldehyd behandelt und dann sechs Wochen lang mit Polyvinylpyrrolidon (Sigma) behandelt, um die Sezierung des Weichteil- und Knochengewebes zusammen zu ermöglichen. 14 μm Cryostat-Schnitte zur Immunohistochemie und 60-(Gehirn und Hirnstamm) oder 90 μm (Rückenmark) frei treibende Schnitte zur Tetramethylbenzidinhistochemie wurden gesammelt.
17. M. Abercrombie, Anat. Rec. 94, 239 (1946). HRP-markierte Neuronenzählungen erforderten die Gegenwart des Nukleus. Die Gesamtanzahl der Neuronen (N) entspricht n t/(t + d), wobei n die Anzahl der Nuklei der HRP-markierten Neuronen ist, die in den Zeiten der Sektionsperiode gezählt wurden; t ist die Schnittdicke und d ist der durchschnittliche Durchmesser der gezählten Nuklei.
18. S. Grillner, in Control of Posture und Locomotion, R. Stein, K. Person, R. Smith, J. Redford, Eds. (Plenum Press, New York, 1973), Seiten 515–535.
19. Diese Arbeit ist Arne Nylander gewidmet. Unterstützt durch APA, Swedish MRC, USPHS Zuschüsse, Taiwan Chin-Lin Fund und NSC. Wir möchten dem kürzlich verstorbenen Jan Arvidsson für seine wertvollen Ratschläge im Bezug auf Tracing danken, sowie Susanne Ahnström, Monica Casserlöv, Kjell Erlandsson und Ida Engqvist für ihre Unterstützung.

Erklärung der Figuren
4(A) Mikroskopische Aufnahme, die einen mit Kresylviolett gefärbten Querschnitt durch ein entferntes Rückenmarksegment zeigt. Balken: 250 μm. (B) Sagittaler Querschnitt eines reparierten Verbindungsbereiches, der mit Kresylviolett angefärbt ist. Beachten Sie die Nervenbrückentransplantate. Der eingerahmte Bereich zeigt den umgeleiteten Fasciculus Gracilis (oberer) und den dorsalen Tractus corticospinalis (unterer) zwischen dem proximalen (links) und distalen (rechts) Stumpf. Balken: 1000 μm. (C) Benachbarter Bereich, immunologisch mit MAb auf Neurofilamentprotein 70.000 angefärbt. Zahlreiche Nervenfasern liegen in den interkostalen Nervenbrücken vor. Balken: 200 μm. (D) Funktion der Hintergliedmaße bei den 7 verschiedenen Gruppen (siehe 3). Die Hintergliedmaßen wurden unabhängig beurteilt (außer dem Test auf geneigter Ebene) um die asymmetrische Erholung herauszufinden. Die Punkte der Tiere wurden durch das Bilden des Mittelwertes der Punkte der Hintergliedmaße gebildet. Die grobe Bewegungsfähigkeit des Tieres wurde während eines 5-minütigen Testzeitraumes auf freiem Feld (oberes Feld) gemessen. Bei den behandelten Gruppen (BRDaFGF I & II) verbesserten sich ab der dritten Woche (Mann-Whitney) die Punkte wesentlich mehr als bei den Kontrolltieren (C1 + C2). Der Zustand der unilateral behandelten Tiere (URDaFGF) verbesserte sich in geringerem Ausmaß, wie 6 Monate nach der OP beobachtet wurde. Das prozentuale funktionelle Defizit wie es durch das CBS angegeben ist, ist in mittleren Feld dargestellt. Der Zustand der Tiere, die dem fünfstufigen Verfahren unterzogen wurden, verbesserte wesentlich im Vergleich zu sowohl den Tieren, bei denen das Rückenmark lediglich durchtrennt (C1) wurde, als auch bei Tieren, bei denen ein Teil des Rückenmarks (C2, ANOVA) entfernt worden war. Contact placing score (unteres Feld) zeigt eine funktionelle Erholung des Tractus corticospinalis an und ist bis 6 Monate bei Tieren signifikant besser, die dem fünfstufigen Verfahren unterzogen wurden, als bei den Kontrolltieren (Mann-Whitney). ****: P < 0,0001; ***: p < 0,001; **: p < 0,01; *: p < 0,05.
(E) Schematische Darstellung von Nervenbrücken von weißer zu grauer Substanz. Es wurden Stücke von interkostalen Nerven verwendet, um die Nervenleitungsbahnen zwischen den Rückenmarkstumpfen ThVII, ThIX: siebtes und neuntes Thoraxsegment, wieder zu verbinden und umzuleiten. Für jedes umgeleitetes Segment wurden ein bis drei Interkostalnverven verwendet.
(F) Zusammenfassung der Daten von Tieren, bei denen sowohl die Punkte des Freiland-Laufversuches als auch die HRP-Tracingdaten gesammelt wurden. Bei der Einteilung der Tracingergebnisse von 0 (negativ) bis 10 (normal) unterschieden sich die Tiere mit vollständiger Wiederherstellung wesentlich von den Kontrolltieren (p < 0,001, Mann-Whitney).
5. Morphologie und sequentielle Videoframes von Versuchstieren. (A) Tetramethylbenzidinhistochemie des Cortex Cerebri (1 mm hinter Bregma) bei einer Ratte ein Jahr nach dem fünfstufigen Verfahren und 48 Stunden nach dem retrograden WGA-HRP-Tracing der Lendenmarkverdickung. Markierte Pyramidenzellen werden im motorischen Bereich der Hintergliedmaßen gefunden. Balken: 100 μm. (B) Kresylvioletter Querschnitt des Brückenbereichs bei einer behandelten Ratte nach 4 Monaten. Beachten Sie die 15 Nervenbündel (*) und Blutgefäße (
). Balken: 600 μm. (C–G) Anterograder Transport von WGA-HRP nach Injektion in den sensomotorischen Cortex bei einer normalen Ratte (C, schematisch in D dargestellt) und einer behandelten Ratte 3 Monate nach der Operation (F und G, schematisch in E dargestellt). Sagittaler Querschnitt des Brückenbereichs (F) zeigt markierte Fasern, die Brückentransplantate (*) kreuzen und die distalen Stumpfe (rechts) erreichen. Einiges des Gewebes wurde während dem frei fließenden Verarbeiten des Querschnitts (
) verloren. Der Querschnitt der Lendenmarkverdichtung (G) zeigt markierte Fasern im Funiculus dorsalis an der Schnittstelle von weißer zu grauer Substanz und angrenzend an Substantia Gelatinosa. Balken: 200 μm in C und G, 500 μm in F. (H–J) sequentielle Videoframes (Intervall zwischen jedem Frame: 0,12 Sek.) von 3 Ratten, die dem kompletten fünfstufigen Verfahren unterzogen wurden. (H) Tier nach 3 Monaten. Es ist bemerkenswert, dass die Hintergliedmaßen das Körpergewicht im Vorwärtsschritt tragen können. Bei diesem Tier ist kein Nachziehen der Zehe vorhanden. (I & J) Ratten, die ein Jahr (I) oder 3 Monate (J) nach der Operation eine im 45-Grad-Winkel geneigte Ebene erklettern. Die Hintergliedmaße tragen das Körpergewicht teilweise und zeigen Bewegungen in allen drei Hauptgelenken. Es wurde eher eine trabende als eine gemächliche oder eine willkürliche Bewegung der vier Gliedmaßen bemerkt (keine Daten angegeben), obwohl bei I die Zehen der Hintergliedmaße nachgezogen wurden.

Claims

Medizinische Vorrichtung (1) aus einem biokompatiblen Material zur Verwendung bei der Behandlung einer Unterbrechung oder einer Störung im zentralen Nervensystem, umfassend ein Mittel oder mehrere Mittel (2, 20, 21, 22), die Kanäle (3, 4) umfassen, die für den Empfang von nervenwachstumsfördernden Materialien oder Substanzen angeordnet sind, wobei die Vorrichtung einen proximalen (5) und distalen (6) Endbereich aufweist, der Öffnungen (7) umfasst, die durch die Kanäle (3, 4) gebildet werden, wobei die Öffnungen und Kanäle so angepasst sind, dass sie die Verbindung der Nervenfasern der grauen und der weißen Substanz des zentralen Nervensystems, die an den proximalen und distalen Enden der Unterbrechung oder der Störung liegen, ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass diese Gebiete in einen ersten Teil (8), der dafür geeignet ist, weiße Hirnsubstanz aus einem Rückenmark zu empfangen, und in einen zweiten Teil (9), der dafür geeignet ist, graue Hirnsubstanz aus einem Rückenmark und durch diese Öffnungen zu empfangen, unterteilt sind, wobei jede Öffnung hinsichtlich ihres entsprechenden Kanals abgegrenzt ist.
Medizinische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teil (9) ein zentraler Bereich ist und der erste Teil (8) ein peripherer Bereich ist, der im Wesentlichen um den zentralen Bereich herum angeordnet ist.
Medizinische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (7) in dem ersten Teil (8) des Bereiches des proximalen Endes (8) die Öffnungen (7) in dem zweiten Teil (9) des Bereiches des distalen (6) Endes überbrücken, und wobei die Öffnungen (7) in dem zweiten Teil (9) des Bereiches des proximalen Endes (5) die Öffnungen (7) in dem ersten Teil (8) des Bereiches des distalen Endes (6) überbrücken.
Medizinische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (7) in dem ersten Teil (8) des Bereiches des proximalen Endes (5) die Öffnungen (7) in dem ersten Teil (8) des Bereiches des distalen Endes (6) überbrücken und wobei die Öffnungen (7) in dem zweiten Teil des Bereiches des proximalen Endes (5) die Öffnungen (7) in dem zweiten Teil (9) des Bereiches des distalen Endes (6) überbrücken.
Medizinische Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (2) Kanäle (4) umfasst, die die Öffnungen (7) in dem ersten Teil (8) des Bereiches des proximalen Endes (5) und die Öffnungen (7) in dem zweiten Teil (9) des Bereiches des distalen Endes (6) überbrücken und Kanäle (4), die die Öffnungen (7) in einem zweiten Teil (9) des Bereiches des proximalen Endes (5) und die Öffnungen (7) in einem ersten Teil (8) des Bereiches des distalen Endes (6) überbrücken.
Medizinische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1, 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (20) Kanäle (4) umfasst, die die Öffnungen in dem ersten Teil (8) des Bereiches des proximalen Endes (5) und die Öffnungen (7) in den ersten Teil (8) des Bereiches des distalen Endes (6) überbrücken, sowie Kanäle (4), die die Öffnungen (7) in einem zweiten Teil (9) des Bereiches des proximalen Endes (5) und Öffnungen (7) in einem zweiten Teil (9) des Bereiches des distalen Endes (6) überbrücken.
Medizinische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 mit Öffnungen (7), die einen Durchmesser d aufweisen und eine Länge 1 aufweisen, die größer als d ist, wodurch ein Seitenbereich (14) in Längsrichtung gebildet wird, wobei ein oder mehrere Kanäle (4) so angeordnet sind, dass sie mit ihren Öffnungen (7) in dem Seitenbereich (14) enden.
Medizinische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (2, 20) eine im Wesentlichen zylindrische Form aufweist.
Medizinische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (21, 22) eine im Wesentlichen flache oder plattenartige Form aufweist.
Medizinische Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zwei oder mehrere Mittel (21, 22) mit einer im Wesentlichen flachen oder plattenartigen Form aufweist und möglicherweise eine oder mehrere Leitungen, die mit wachstumsförderndem Material gefüllt werden können und die durch die Kanäle (3, 4) eingezogen werden können.
Medizinische Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Mittel (2, 20) mit einer im Wesentlichen zylinderartigen Form umfasst, sowie eine oder mehrere Vorrichtungen (21, 22), die im Wesentlichen eine flache oder plattenartige Form aufweisen.
Medizinische Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein wachstumsförderndes Material enthält.