Caratterizzazione di un tubo biologico arricchito con fibre muscolari per favorire la rigenerazione nervosa

The peripheral nervous system is able to self-regenerate after a traumatic injury; however, the rate of this process is slow and the outcome is often poor. Currently, the gold standard technique for repairing a nerve gap is the autologous nerve graft (autograft), but it has some disadvantages, including the necessity of a second surgery, the sensory deficit and the limited availability of donor tissue for the graft. As an alternative to autografts, the use of biological or artificial conduits has been proposed. Tubular conduits should protect the nerve from the external environment and guide the regenerating axons to the distal stump. In this study we used a biological conduit, made of chitosan, enriched with fresh muscular fibers for the repair of a 10mm lesion of rat median nerve. Chitosan, a derivative of chitin, is a biocompatible and biodegradable material approved for the clinical use. Fresh muscular fibers were used as structural support for the axonal growth as well as neurotrophic and gliotrophic factors releaser. Indeed, in vitro preliminary essays show that skeletal muscle releases soluble Neuregulin1 (NRG1). NRG1 is a factor that induces the survival, the de-differentiation and the proliferation of Schwann cells, moreover it is up-regulated by these cells after peripheral nerve injury. The results obtained using empty chitosan tubes or chitosan tubes enriched with skeletal muscle fibers were compared; autologous transplantation has been used as a positive control. Biomolecular and morphological analyses were carried out 1, 7, 14 and 28 days after nerve repair, while functional and stereological analyses were performed after 12 weeks. We focused our attention on the expression of the different Neuregulin1 isoforms (NRG1) and ErbB receptors. While inside the empty chitosan tube there is no significant increase of soluble NRG1, in the muscle in tube group there is a strong increase of this factor, due to the presence of the muscle that produces and releases it into the environment; this NRG1 increase is similar to what occurs in the autograft and therefore it represents a positive factor for the promotion of nerve regeneration. Interestingly, autograft and muscle in tube groups show a strong early up-regulation of the different soluble NRG1 isoforms, unlike the hollow chitosan tube. This strong up-regulation in the muscle in tube group is due to the presence of muscle that produces and releases soluble NRG1 in the external environment. Nevertheless, functional and morphometric analyses carried out 12 weeks after nerve repair on the distal part of regenerated nerve show no significant differences in the regeneration outcome between hollow chitosan tube and muscle in tube groups. These data show that in case of peripheral nerve injury with less than 10mm gap, both the hollow chitosan tube and the chitosan tube enriched with muscular fibers are valid choices. Chitosan tubes filled with muscular fibers releasing NRG1 could be a good tool for the promotion of nerve regeneration when the nerve gap is longer than 10mm or the repairing process is delayed in time.  

In seguito a lesione traumatica, i nervi periferici presentano buone capacità di rigenerazione spontanea, anche se spesso non risultano sufficienti per un completo recupero funzionale. Il trapianto autologo è l'intervento chirurgico che si utilizza di norma in clinica per colmare il vuoto fra le due estremità del nervo lesionato quando si ha la perdita di una porzione di nervo, ma tale procedura mostra alcuni svantaggi (necessità di una seconda operazione, deficit sensitivo e limitata disponibilità di nervi donatori). Per questo motivo sono state sviluppate procedure alternative, quali l'innesto di guide nervose tubulari, di natura biologica o sintetica, che sono in grado di proteggere gli assoni dall'ambiente esterno e di guidare la loro rigenerazione. In questo studio è stato utilizzato un tubo di natura biologica, costituito da chitosano, arricchito con fibre muscolari scheletriche per riparare il nervo mediano di ratto in seguito a una lesione con una perdita di sostanza di 10 mm. Il chitosano è un polimero naturale derivante dalla chitina, il cui uso clinico è stato approvato grazie alla sua biocompatibilità e biodegradabilità. Sono stati confrontati i risultati ottenuti con tubi di chitosano vuoti o tubi arricchiti con fibre di muscolo scheletrico. Sono state effettuate analisi biomolecolari e morfologiche a 1, 7, 14 e 28 giorni dall'intervento ed analisi funzionali e stereologiche a 12 settimane. E' stata valutata l'espressione delle diverse isoforme di Neuregulina1 (NRG1) e dei loro recettori ErbB, che normalmente sono sovra-espressi nelle cellule di Schwann in seguito a lesione del nervo periferico, poiché sono coinvolti in diversi aspetti della rigenerazione nervosa. Mentre all'interno del tubo di chitosano vuoto non si verificano aumenti significativi di NRG1 solubile, nel muscolo in tubo si osserva un forte aumento, dovuto appunto alla presenza del muscolo che produce e rilascia nell'ambiente NRG1; questo aumento di NRG1 è analogo a ciò che accade nel trapianto autologo, rappresentando quindi un fattore positivo per promuovere la rigenerazione nervosa. Tuttavia, gli studi funzionali e gli studi morfologici effettuati sulla porzione distale del nervo dopo 12 settimane dalla riparazione, non hanno mostrato differenze statisticamente significative tra i due gruppi sperimentali analizzati. Questi dati indicano che nel caso di lesione inferiore ai 10mm, la riparazione mediante l'utilizzo di tubi di chitosano vuoti e di tubi di chitosano arricchiti con fibre muscolari sono entrambe ottime alternative. Il tubo di chitosano arricchito con fibre muscolari in grado di rilasciare NRG1 solubile può dunque rappresentare una strategia promettente per promuovere il recupero funzionale nel caso di lesioni gravi caratterizzate da una perdita di nervo cospicua (> 10 mm) o nel caso di riparazioni ritardate nel tempo.