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Titelaufnahme

Titel
The Impact of Animal-based Research in Reconstructive Transplantation - Introduction of a New Rodent Model
Weitere Titel
The Impact of Animal-based Research in Reconstructive Transplantation - Introduction of a New Rodent Model
VerfasserDr.med.univ. Kern, Barbara
Begutachter / BegutachterinnenPriv.Doz. Dr. Philipp Stiegler, Stiegler ; Priv.Doz. Dr. Maglione, Manuel
Betreuer / BetreuerinnenAo. Univ.Prof. Dr. Schneeberger, Stefan
Erschienen2017
HochschulschriftInnsbruck, Med. Univ., Diss., 2017
Datum der AbgabeMärz 2017
SpracheEnglisch
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Rekonstruktive Transplantation / Nervenregeneration / Kleintiermodelle
Schlagwörter (EN)Composite tissue allotransplantation / nerve regeneration / small animal-based research
URNurn:nbn:at:at-ubi:1-9020 Persistent Identifier (URN)
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The Impact of Animal-based Research in Reconstructive Transplantation - Introduction of a New Rodent Model [12.72 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Hintergrund:

Das funktionelle Ergebnis nach rekonstruktiver Transplantation ist vielversprechend, jedoch weitgehend optimierungsbedürftig. Studien, die Strategien zur funtionellen Verbesserung untersuchen, fehlt eine Testmethode, an der diese angewendet werden können. Das Rattenhinterläufermodell ist gut einsetzbar für histologische und elektrophysiologische Testreihen, lässt jedoch keine zuverlässigen Aussagen bezüglich Funktionalität zu. Ziel dieser Entwicklung war es, ein Tiermodell zu schaffen, an dem die Rückgewinnung de Funktionalität mittels Greif-, und Verhaltenstest optimal beurteilt und dargestellt werden kann.

Methoden:

Der Vorderlauf der Ratte wird orthotop auf mittlerer Höhe des Humerus in einer syngenen Stammkombination (Lewis auf Lewis) transplantiert. Sowohl die arterielle als auch die venöse Gefäßanastomose erfolgt mittels nahtloser Cufftechnik. Die Kontinuität von Nervus radialis, ulnaris und medianus wird wiederhergestellt um die Innervation der extrinsischen Flexor-, und Extensorengruppe zu gewährenleisten. In der Kontrollgruppe bleibt die Koaptation aus. Funktionstests, inklusive Greiftest, Verhaltenstest anhand IBB Skala und Catwalk Videoanalyse, werden ab der 5. postoperativen Woche durchgeführt. Endpunkt der Studie ist nach 12 Wochen erreicht.

Ergebnisse:

Nach eine initialen Lernkurve, kann die Transplantation mit einer konstanten Überlebensrate (>90%) durchgeführt werden. Die Operationsdauer beträgt 180 220 Minuten. Die postoperativ aufgetretene Schwellung ist binnen einer Woche fast vollständig resorbiert (Abb. 1), der Greiftest nach 12 Wochen zeigt vergleichbare Ergebnisse mit der Cut&Repair Kontrollgruppe (p=0,479), während man bei der nativen Kontrollgruppe doch einen signifikanten Unterschied sieht. (p=0.0004, Abb.2). Beim Verhaltenstest nach IBB wird der Unterschied nach 12 Wochen zwischen der Gruppe mit Nervenkoaptation und ohne deutlich bezüglich Ellbogen und Vorderpfotenposition, Handgelenksbewegung, Futteradjustierung sowie palmaren und nicht-palmare Unterstützung (Abb.3).

Conclusio:

Die Vorderlauftransplantation der Ratte stellt das erste funktionelle Tiermodell vor, mit dem die Wiederherstellung der motorischen Funktion nach rekonstruktiver Transplantation verlässlich und reproduzierbar untersucht werden kann. Mit diesem Transplantationsmodell ist es nun erstmals möglich, Strategien zur Verbesserung der Funktionalität schon im Kleintiermodell zu testen und mittels Funktionstest auf ihre Wirksamkeit zu untersuchen.

Zusammenfassung (Englisch)

Functional outcomes following vascularized Composite allotransplantation (VCA) have been promising, but there is still much room for improvement. Studies to investigate strategies to overcome this obstacle are limited by the lack of a functional VCA animal model. The rat hindlimb transplant model can be used for histological and electrophysiological measures of nerve regeneration, but does not allow for reliable assessment of behavioral functional recovery. To address this problem, we developed a novel rat mid-humeral forelimb transplant model with end-to-end cuff anastomosis of the brachial artery and vein in which functional recovery is tested by scoring component forelimb motions involved with the IBB forelimb scale and by measuring progressive return of grip-strength within the transplanted forelimb at week 5, 7, 10 and 12 after transplantation. Median nerve histomorphometry and flexor digitorum myofiber cross-sectional area analysis was investigated at the end point (12 weeks). After an initial learning curve, forelimb transplantation can be performed with consistent success rate of over 90% (operative time 180-220 minutes). Grasping skills between the transplanted group and the transection-and-repair group showed no statistical significance, neither on week 5, 7 or 10, nor on week 12. The transplanted group regained grip strength with a maximum of 57.6%6.5% of naïve baseline hand grip strength compared to 65.2%3.7% in the transection-and-repair positive control group. Similar results were observed within the IBB scale measurements, mean score of transplanted group resulted in 2.80.8SEM at week 12 (1.70.33 at week 5), which was comparable to transection-andrepair positive control group with 2.60.7 at week 12. Immunohistochemistry of flexor digitorum muscle showed greater myofiber cross-sectional area in the experimental group than in the negative control group (719.556.9 SEM m2 vs. 224.738.7 SEM m2; P<0.0001). Myofiber cross-sectional area of naïve animals measured an average of 1325.719.1 SEM m2. Histomorphometric analysis of regenerating nerve fibers in the median nerve demonstrated robust axonal regeneration in the experimental group, with greater number and density of fibers in the experimental group than in naïve median nerves (fiber count 5324266 vs. 2997231 SEM; p=0.004; fiber density 9500191 vs. 252692664 fibers/mm2; p=0.017).

Rat forelimb transplantation may represent the first VCA model that allows for reliable and reproducible measurement of functional recovery. Statistical analysis of grip strength data will elucidate the degree of variability at each time-point and the degree of improvement from week to week as compared to non-innervated controls.

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