CC BY
28
Орипнальна стаття = Original article = Оригинальная статья
Ukr Neurosurg J. 2019;25(4):64-71 doi: 10.25305/unj.184031
Теоретичне об^рунтування ефективност1 застосування б1опол1мер1в при експериментальн1й черепно-мозков1й травм1 (огляд л1тератури та власн1 результати)
Пантелейчук А.Б.1, Каджая М.В.1, Шмельова А.А.2, Малишева Т.А.2, Гнатюк О.П.3, Довбешко Г.1.3
1 Вщдш нейротравми, 1нститут нейрохiрурп'т' iM. акад. А.П. Ромоданова НАМН УкраТни, КиТв, УкраТна
2 Вiддiл нейропатоморфологп, 1нститут нейрохiрургiT iM. акад. А.П. Ромоданова НАМН Укратни, КиТв, УкраТна
3 Вщдш фiзики бiологiчних систем 1нститут фiзики НАН Укратни, КиТв, УкраТна
Над!йшла до редакцИ 18.10.2019 Прийнята до публ1кацп 18.11.2019
Адреса для листування:
Пантелейчук Андр1й Борисович, вддлення нейротравми, 1нститут нейрох1рургИ ¡м. акад. А.П. Ромоданова, вул. Платона Майбороди, 32, КиУв, 04050, УкраУна, basirovich@ukr.net
Мета: на ochobî аналiзу л^ературних джерел обГрунтувати доцтьшсть застосування бiополiмерних плiвок на ochobî колагену для пластики твердо!' мозковоТ оболонки (ТМО), виявити i проаналiзувати в експериментi здатшсть зазначеного матерiалу до бiодеградацiï за допомогою методiв свiтлооптичноï мiкроскопiï та шфрачервоно'т спектроскопiï, вивчити можливiсть застосування бiополiмерних плiвок на 0CH0Bi колагену для пластики ТМО в умовах експерименту.
Матерiали i методи. Прооперовано тд загальним наркозом 13 щурiв з масою тiла 200-250 г. Проведено кранютом^. Розсiкали хрестоподiбно ТМО вщ середини отвору до його ку^в. Оголювали поверхню кори мозку i проводили пенетра^ю кори голкою розмiром G 18 на глибину 2 мм. Клапт ТМО не ушивали, вони залишалися iз диастазом мiж краями. Зверху вкладали шматочок колагеновоï плiвки. Кiстковий клапоть видаляли. Основну групу утворили 10 тварин, контрольну (без застосування колагеново! плiвки) - 3. Через 3 тиж тсля операцiï всiх тварин вивели з експерименту. М^це операци, зокрема череп та юрковую тканину, вилучили для макроскотчного i гiстологiчного дослщження та молекулярного аналiзу за допомогою шфрачервоно1 спектроскопiï. Результати. За результатами макроскотчного i пстолопчного дослiдження виявлено, що колагеновий замiнник ТМО не призводить до виражених запальних ускладнень i надмiрного рубцево-спайкового процесу, запоб^ае лкворе1, здатний до бiодеградацiï iз замiщенням плiвки власною сполучною тканиною.
Висновки. Пщтверджено здатнiсть колагенових плiвок до бiодеградацiï через 3 тиж тсля пенетрацшно1 травми у щурiв в експериментi. Данi iнфрачервоноï спектроскопп i морфологiчнi данi свiдчать про те, що на межi мiж колагеновим iмплантатом i нативною ТМО вщбуваються процеси регенерацiï ТМО, а не формування рубцево1 тканини. Отриман данi теоретично обГрунтовують можливiсть застосування колагенових замшниюв для пластики дефек^в ТМО.
Ключовi слова: експериментальна черепно-мозкова травма; пластика твердоï мозковоУ оболонки; колагенова пл'вка; б'юдеградаця; морфолопчне досл'щження, iнфрачервона спектроскоп'я
Theoretical substantiation of the efficiency of biopolymers application in experimental TBI (literature review and own results)
Andriy B. Panteleychuk1, Nikolay V. Kadzhaya1, Anna A. Shmeleva2, Tatyana A. Malysheva2, Olena P. Hnatyuk3, Galina I. Dovbeshko3
Objective: based on the analysis of literary sources, to justify the feasibility of using collagen-based biopolymer films for dura mater, to analyze experimentally the ability of this material to biodegrade and form a new dura mater using light optical microscopy and IR spectroscopy, and to investigate the possibility of application of biopolymer collagen-based films as a substitute for the dura mater.
Materials and methods. Thirteen rats weighing 200-250 g under general anesthesia were operated. Craniotomies were performed. The dura mater was incised crosswise from the middle to its corners. The surface of the cerebral cortex was exposed and was penetrated with a G18 needle to a depth of 2 mm. Dura mater flaps were not sutured with diastasis between the edges. A small piece of collagen film was placed over dissected dura and the bone flap was removed. The basic group consisted of 10 animals and the control group without collagen film included 3 animals. Three weeks after the
Copyright © 2019 Andriy B. Panteleychuk, Nikolay V. Kadzhaya, Anna A. Shmeleva, Tatyana A. Malysheva, Olena P. Hnatyuk, Galina I. Dovbeshko
li^t QJ 1 This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License ^^gnJ https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
1 Department of Neurotrauma, Romodanov Neurosurgery Institute, Kyiv, Ukraine
2 Department of
Neuropathomorphology, Romodanov Neurosurgery Institute, Kyiv, Ukraine
3 Department of Physics of Biological Systems, Institute of Physics of NASU, Kyiv, Ukraine
Received, 18 October 2019 Accepted, 18 November 2019
Address for correspondence:
Andriy B. Panteleychuk, Department of Neurotrauma, Romodanov Neurosurgery Institute, 32, Platona Mayborody str., Kyiv, 04050, Ukraine, basirovich@ukr.net
intervention, all animals were euthanized and operating sites, including skull and cortical tissue, were explanted for histological, macroscopic examination and molecular analysis by infrared spectroscopy.
Results. According to the results of macroscopic and histological examination, collagen substitute for the dura mater does not lead to severe inflammatory complications and excessive scar adhesions, prevents cerebrospinal fluid outflow, is capable of biodegradation with the replacement of connective tissue resembling a newly formed dura mater.
Conclusions. 1. The experiment confirmed the ability of collagen-based films to biodegrade in 3 weeks after penetration trauma in rats. 2. The data of both infrared spectroscopy and morphological study indicate that at the border of the collagen implant and the native dura mater the regeneration processes prevail over the formation of scar tissue. 3. The data obtained confirm the collagen-based substitute to be used for dura mater plastics. Keywords: dura mater plastics; collagen-based film; biodegradation; morphological study; IR spectroscopy
Теоретическое обоснование эффективности применения биополимеров при экспериментальной черепно-мозговой травме (обзор литературы и собственные результаты)
Пантелейчук А.Б.1, Каджая Н.В.1, Шмелева А.А.2, Малышева Т.А.2, Гнатюк Е.П.3, Довбешко Г.И.3
1 Отделение нейротравмы, Институт нейрохирургии им. акад. А.П. Ромоданова НАМН Украины, Киев, Украина
2 Отдел нейропатоморфологии, Институт нейрохирургии им. акад. А.П. Ромоданова НАМН Украины, Киев, Украина
3 Отдел физики биологических систем, Институт физики НАН Украины, Киев, Украина
Поступила в редакцию 18.10.2019 Принята к публикации 18.11.2019
Адрес для переписки:
Пантелейчук Андрей Борисович, отделение нейротравмы, Институт нейрохирургии им. акад. А.П. Ромоданова, ул. Платона Майбороды, 32, Киев, 04050, Украина, basirovich@ukr.net
Цель: на основе анализа литературных источников обосновать целесообразность применения биополимерных пленок на основе коллагена для пластики твердой мозговой оболочки (ТМО), выявить и проанализировать в эксперименте способность указанного материала к биодеградации с помощью методов светооптической микроскопии и инфракрасной спектроскопии, изучить возможность применения биополимерных пленок на основе коллагена для пластики ТМО в условиях эксперимента. Материалы и методы. Прооперированы под общим наркозом 13 крыс с массой тела 200-250 г. Проведена краниотомия. Рассекали крестообразно ТМО от середины отверстия к его углам. Обнажали поверхность коры мозга и проводили пенетрацию коры иглой размером G 18 на глубину 2 мм. Лоскуты ТМО не ушивали, они оставались с диастазом между краями. Сверху укладывали кусочек коллагеновой пленки. Костный лоскут удаляли. Основную группу составили 10 животных, контрольную (без применения коллагеновой пленки) - 3. Через 3 нед после операции все животные были выведены из эксперимента. Место операции, включая череп и корковую ткань, извлекали для макроскопического и гистологического исследования и молекулярного анализа с помощью инфракрасной спектроскопии.
Результаты. По результатам макроскопического и гистологического исследования выявлено, что коллагеновый заменитель ТМО не приводит к выраженным воспалительным осложнениям и чрезмерному рубцово-спаечному процессу, предупреждает истечение ликвора, способен к биодеградации с замещением пленки собственной соединительной тканью. Выводы. Подтверджена способность коллагеновых пленок к биодеградации через 3 нед после пенетрационной травмы у крыс в эксперименте. Данные инфракрасной спектроскопии и морфологические данные свидетельствуют о том, что на границе между коллагеновым имплантатом и нативной ТМО происходят процессы регенерации ТМО, а не формирование рубцовой ткани. Полученные данные теоретически обосновывают возможность применения коллагеновых заменителей для пластики дефектов ТМО.
Ключевые слова: экспериментальная черепно-мозговая травма; пластика твердой мозговой оболочки; коллагеновая пленка; биодеградация; морфологическое исследование, инфракрасная спектроскопия
Тверда мозкова оболонка (ТМО) - герметизу-вальна мембрана iз сполучноТ тканини, яка скла-даеться переважно з колагенових волокон рiзного дiаметра, мае впорядковану багаторiвневу/бага-тошарову структуру i рiзний напрямок волокон та судин у певних анатомiчних дтянках [1]. Порушення
цтюносп ТМО тсля черепно-мозковоТ травми (ЧМТ) i/або нейрохiрургiчних втручань е причиною рiзних ускладнень з боку ЦНС. Найпоширешшою практикою на завершальному етат нейрохiрургiчноТ операцп вважають вщновлення герметичност та водонепро-никност ТМО, щоб запоб^ти пошкодженню тканин
Стаття м'ютить рисунки, яю вдображаються в друкован'1Й версп у в'дт'1нках ciporo, в електронн'1й — у кольор'1.
кори мозку i вит^анню л^вору [2]. Частота виник-нення лкворе'Т пiсля кранiотомiТ становить 7-10% [3-5]. Вважають, що герметичне закриття ТМО асошюеться зi зниженням частоти лквореТ i меншою кiлькiстю локальних шфекцшних ускладнень [6,7]. У зв'язку з цим застосування бюдеградувальних мате-рiалiв, якi сприяють репарацiТ дефектiв ТМО, е акту-альним i мае не лише медичне, а i соцiальне значення.
Замшники ТМО класифiкують за походженням i способом отримання, хiмiчними та бюмехашчними характеристикам:автотрансплантати, алотрансплан-тати, ксенотрансплантати i синтетичнiтрансплантати [8-11]. Ми дослщжували переважно матерiал, в якому колагенова основа е матрицею для вщновлення цЫсносп ТМО.
У 1924 р. W G РепЛеШ запропонував концепцiю iдеального замiнника ТМО, наголосивши на необ-хiдностi пошуку матерiалiв, якi б розсмоктувалися тсля запобiгання адгезiТ. Було встановлено, що ушкодження м'якоТ та арахноТдальноТ оболонок забезпечуе адгезт незалежно вiд типу замшника ТМО, що в подальшому пiдтвердилося [12,13]. Отже, «щеальний замшник» ТМО мае забезпечу-вати непроникшсть для рiдин, вiдповiдати фiзичним властивостям ТМО людини, щоб забезпечити захист тканин мозку, бути легким i зручним для манту-ляцiй тд час операцiТ при намочуваннi у фiзiоло-гiчному розчинi; механiчнi властивост матерiалу мають полегшувати накладання ш^в i/або склею -вання; мiнiмiзувати мiсцеве запалення тканин для запоб^ання утворенню небажаного рубцювання i фiброзу або спайок; стимулювати на рiзних етапах наближену до фiзiологiчноТ фтьтращю клiтинами (макрофагами, фiбробластами) i бути матрицею для прискорення вщновлення ц^сност шляхом форму-вання модифiкованоТ ТМО; сприяти ремоделюванню судинноТ сiтки; бути ергономiчно та економiчно виправданим [14,8,15-19]. ОбГрунтовано п'ять основних вимог до iмплантату, якi дають змогу наблизитися до «реального замiнника» ТМО: по-перше, iмплантат мае тимчасово або постшно виконувати захисну функцiю, вiдокремлюючи i герметизуючи субдуральний простiр вiд етдураль-ного; по-друге, iмплантат мае шдукувати власнi клiтини до диференцiювання i усунути дефiцит тканини ТМО (менiнготелiальна iндукцiя); по-трете, iмплантат мае сприяти шфтьтрацп та iмплантацiТ фiбробластiв (менiнготелiальна провiднiсть), що е функцiональним показником тривимiрноТ структури трансплантата; по-четверте, бажано щоб iмплантат мiстив клiтиннi компоненти, здатш регенерувати нативну тканину ^бро- i менiнготелiогенез); по-п'яте, iмплантат мае бути пластичним, тобто мати здатшсть легко набувати потрiбноТ форми i вiдповiдати хiрургiчному дефекту без деформаци оточуючих тканин, а також вщповщну еластичнiсть (мiцнiсть до розтягнення) - здатшсть утримувати хiрургiчний шов тд напруженням [20]. Важливе значення мае дотримання двох умов: вiдновлення герметичной ТМО для запобiгання лiквореТ i потенцiйна здатнiсть iмплантату до бюдеградацп з рiвномiрним вiдновленням цiлiсностi нативноТ ТМО.
Найкращим матерiалом для створення iмплантатiв ТМО, який найбiльшою мiрою вiдповiдае ззаначеним критерiям, визнано колаген, який метиться в усiх
сполучних тканинах. Це одна з найбшьш вивчених бюмолекул позаклiтинного матриксу [21].
З огляду на наведет дат для дослщження було обрано бiоплiвку на основi колагену, яка е матрицею вщновлення цiлiсностi ТМО.
Колагенова матриця е найпоширешшим ксено-генним замшником ТМО, отриманим з перикарда, сухожилюв великоТ рогатоТ худоби, бичачоТ або свинячоТ пiдслизовоТ оболонки тонкоТ кишки. Цi бiоматерiали обробляють для видалення кл^инних та iнших iмуногенних компонентiв [22,23]. Структура, функцiя i синтез колагену I типу добре вивчено [24,25]. Молекули колагену мають здатшсть до самостшноТ полiмеризацiТ з утворенням мщних волокон, якi формують триви-мiрнi впорядкованi структури. Колаген в тканинах ^нуе у виглядi волокон, фiбрил i макроскопiчних пучюв [26,27]. Вiн е iнертним, еластичним, адге-зивним матерiалом, який легко обробляти. Завдяки здатност до в^новлення первинноТ i вторинноТ структури колаген мае слабку iмунореактивность i спричиняе незначну запальну реакщю та реакцт вiдторгнення стороннього тiла [28], хоча виявлено антитта до бичачого колагену [29]. Колаген е хемоатрактантом для фiбробластiв [30]. Ця особли -в^ть у поеднанш з пористою структурою колаге-нового матриксу сприяе адгези та пролiферацiТ фiбробластiв i неоваскуляризацп [31]. Колагеновий матрикс пдрофтьний, з гарною бiлково-клiтинною взаемодiею, але його недол^ами крихкiсть, швидка бюдеградащя, що створюе труднощi з тдтримкою бажаноТ форми при повiльнiй репарацп [23,32-33]. Негативним чинником е також ризик передачi вiрусiв та Тх складових вiд донора [34].
Методолопя оцiнки замiнника ТМО передбачае: характеристику фiзичних властивостей (мiцнiсть на розтягнення, спроможшсть швiв, кут змочування (контактний кут), <;-потеншал), цитологiчних (клiтинна культура, тест на цитотоксичшсть (МТТ-тест), конфо-кальна лазерна сканувальна мiкроскопiя, сканувальна електронна м^роскотя) i вивчення бюсумюносп (прове-дення експерименту з макро- та мкроскотчною (гiсто -лопчною) оцiнкою за спецiальними методиками (забарв-лення трихромом за Массоном) [35]. Характеристику репаративних процеав визначають пстолопчними та мiкроскопiчними методами. Однак у доступнш лiтера-турi ми не виявили фiзичних методiв дослiдження, яю дають змогу пiдтвердити формування новоТ тканини ТМО. Одним з таких методiв можна вважати iнфрачер-вону спектроскотю (IЧ-спектроскопiя). 1нфрачервона спектроскопiя виявилася важливим шструментом для вивчення бюлопчних молекул (бiлкiв, лiпiдiв, вуглеводiв i нуклеТнових кислот). Цей метод дае змогу щентифЬ кувати окремi молекули та схарактеризувати змши Тх хiмiчноТ структури. Розширюються можливостi застосування 1Ч-спектроскопи для вивчення бiологiчних об'ек^в [36].
Мета: на основi аналiзу лiтературних джерел обГрунтувати доцiльнiсть застосування бiополiмерних плiвок на основi колагену для пластики твердоТ мозковоТ оболонки, виявити i проаналiзувати в експе -римен^ здатнiсть зазначеного матерiалу до бiодегра -дацiТ за допомогою методiв свiтлооптичноТ мiкроскопiТ та шфрачервоноТ спектроскопiТ, вивчити можливiсть
застосування бiополiмерних плiвок на ochobî колагену для пластики твердо!' мозково! оболонки в умовах експерименту.
Матерiали i методи
Дослщження проведене на щурах. Тварин утри-мували за природно! змiнностi циркадного св^ло-вого циклу. Годували збалансованим комбшованим кормом ad libitum. Хiрургiчна частина експерименту i виведення тварин з експерименту проведет з дотриманням принцитв бiоетики, регламентованих Директивою 2010/63/6С «Про захист тварин, що вико -ристовуються в наукових цтях» (2010) та Законом УкраТни № 3447-IV «Про захист тварин вщ жорстокого поводження» (2006). Проведення дослщження схва-лене Комiтетом з бюетики ДУ «1нститут нейрохiрургiï iм. акад. А. П. Ромоданова НАМН Украши» (протокол №18 вiд 10.06.2016 р.).
Для проведення хiрургiчноï процедури вобрано 13 тварин вiком 12 м^ з масою тiла 200-250 г, яким тсля кранiотомiï та нанесення пенетрацшно!' травми мозку проведено пластику ТМО колагеновою плiвкою. Тварин розподтили на три групи: першу (n = 5) - для
Рис. 1. Сформоване трепанацшне вiкно (1-й етап). Стрткою вказана поверхня твердоï мозковоï оболонки. Макропрепарат
пстолопчного дослiдження, другу (n=5) - для молекулярного дослщження, контрольну (без застосування колагеново' плiвки) (n=3).
Операцт проводили пiд загальним знеболю-ванням: внутршньом'язово вводили розчин ксила-зину (Sedazin , Biowet, Польща, 15 мг/кг маси тта) та кетамшу (Calipsol, Gedeon Richter, Угорщина, 70 мг/кг маси тта). Ва хiрургiчнi мaнiпуляцiï проводили у стерильних умовах з використанням стерильних мaтерiaлiв. Пiсля ретельного видалення шерстистого покриву голови i дезшфекци 10% розчином бетадину (Betadine, Епс, Угорщина) виконували розрiз по середнш лiнiï та оголювали юстки склепiння черепа. Формували трепaнaцiйний отвiр (вiкно) розмiром 4 х 7 мм у правш тiм'янiй дтянц за допомогою висо-кообертового дриля. Розмiр трепaнaцiйного вiкнa ретельно контролювали. Кiстковий клапоть обережно вiдсепaровувaли вщ пiдлеглоï ТМО i видаляли. Пщ ТМО обережно, щоб не пошкодити мозок, заводили голку вiд шсулшового шприца, трохи пiдiймaли ТМО i розакали хрестоподiбно вiд середини отвору до його ку^в. Оголювали поверхню мозку, вкритум>якою мозковою оболонкою (ММО), i проводили пенетрашю кори головного мозку голкою розмiром G 18 на глибину 2 мм. Таким чином моделювали тяжку ЧМТ з вогнищем гемораги [37].
Клапоть ТМО укладали на м^це без ушивання, з дiaстaзом мiж краями. Поверх них розташовували колагенову плiвку. Юстковий клапоть на мiсце не укладали. Таким чином було змодельовано деком-пресивну трепанащю черепа (Рис. 1-3). Псля забезпечення гемостазу рану ретельно ушивали, при цьому юстковий клапоть на м^це не укладали. Рана повторно обробляли розчином бетадину. Проводили антибютикопрофтактику (цефтрiaксон внутрш-ньом'язово в дозi 20 мг/кг маси тта) [38].
Тварини виводили з експерименту на 21-шу добу тд наркозом 0,1% кетамшу (2 мл).
Пюля виведення тварини з експерименту тканини iз зони операци вилучали для пстолопчного дослщження (единим блоком). Проводили забарвлення гематокси-лiном та еозином за стандартними методиками.
Методом 1Ч-спектроскопи (спектрометр Bruker IFS 66) проaнaлiзовaно спектри поглинання ТМО, рубцевоï тканини та полiмерноï колaгеновоï плiвки у
Рис. 2. Нанесення травми (2-й етап). Пенетрашя Рис. 3. Плiвку укладено поверх клап^в твердоï
мозку. Макропрепарат мозковоï оболонки (3-й етап). Макропрепарат
широкому спектральному дiапазонi (3400-800 см-1) i визначено набiр спектроскопiчних маркерiв для аналiзу. Найiнформативнiшою для аналiзу е область поглинання амiдних зв'язюв Амiд I та Амiд II у дiапа-зонi 1750-1480 см-1.
Результати та обговорення
Пюля виведення тварини з експерименту роза-кали шюру на головi по середнш лши. Зону операци в дшянц трепанацiйного вiкна оцiнювали на наявшсть зрощень мiж шкiрою, поверхнею ТМО i корою мозку. Вiзуально залишки плiвки не виявляли, поверхня ТМО в зон та поза зоною трепанаци вiзуально не вiдрiзня -лися, спостер^али зрощення по перифери кiсткового вiкна. Зрощень у просвт трепанацiйного вiкна не виявлено. По^м кiстки склепiння черепа вiддiляли вщ його основи (Рис. 4) i забирали матерiал для молекулярного дослщження (IЧ-спектроскопiТ): клап-тики ТМО по перифери юсткового вiкна, на межi мiж
Рис 4. Друга група тсля пластики колагеном, 21-ша доба експерименту. Жовта стршка - юстки скле-пiння черепа, прозора стршка - серповидний вщро-сток, чорш стрiлки - рубцево-спайкова тканина по перифери трепанацшного вiкна. Макропрепарат
Рис. 5. Перша група, 21-ша доба. Дшянки розсмок-тування колагену (дужка) i замiщення сполучною тонковолокнистою фiброзною тканиною (стрiлки). Забарвлення гематоксилiном та еозином. х100
залишками полiмерноТ плiвки та неушкодженоТ «мате-ринськоТ» оболонки. Для пстолопчного дослiдження вилучали блок тканин iз зони операци (дшянку мозку, кiстки черепа та його оболонки).
При пстолопчному дослiдженнi виявлено характеры структуры змши будови в м^ц експеримен-тального застосування бiоматерiалу: колагеновий iмплантат через 3 тиж мав ознаки розшарування (бюдеградаци) на волокна i замiщення сполучною тонковолокнистою фiброзною тканиною (Рис. 5), краТ iмплантату щiльно зростаються з ТМО i внутрiшнiми шарами юсток черепа внаслiдок активацiТ клiтин оюстя. Наслiдком операцiйноТ травми (термiчноТ ди високообертового дриля при трепанацiТ черепа на тонку юсткову тканину) можна пояснити явища резор -бци юстки по периметру кiсткового дефекту (Рис. 6), а в прилеглш мозковш тканинi - явища перицелюляр -ного набряку як безпосередньо в дшянш пенетраци мозку, так i на вiдстанi вiд неТ, а також скупчення гiперпластично активованих астроци^в довкола зони травми. ^м того, вiдзначено наявнiсть локальних тдгострих запальних iнфiльтратiв (лiмфоцити, моно-цити, макрофаги) i зони крововиливiв (Рис. 7).
Рис. 6. Перша група, 21-ша доба. Дшянки деградаци волокон колагену i замщення тонкою фiброзною тканиною (стрiлки). Забарвлення гематоксилiном та еозином. х100
Рис 7. Перша група, 21-ша доба. Дшянки пластики твердоТ мозковоТ оболонки (бiла стршка - колагеновий iмплант), м'якоТ мозковоТ оболонки (чорна стрiлка) i прилеглих шарiв кори мозку (набряк). Забарвлення гематоксилшом та еозином. х100
Дослщження за допомогою ^-спектроскопп. Коливальна спектроскотя е ефективним i високо-точним iнструментом для аналiзу бiологiчних молекул i тканин та ефективно використовуеться зокрема для виршення багатьох прикладних завдань медицини. У нас е позитивний досвщ використання коливальноТ спектроскопи для дослiдження ефективност клiтинноТ терапiТ при хронiчному запаленш ахiлового сухожилля [39]. Основною перевагою цього методу е специфiч-шсть молекулярних спектрiв та Тх конформацшна чутливiсть. 1снуе чiтка залежнiсть характеристик IЧ-спектрiв вiд будови молекул, що г'рунтуеться на характеристичностi нормальних коливань для певних хiмiчних зв'язкiв та Тх комбшацш, молекулярних груп у молекулi та рiзних просторових структур.
Молекулярш коливання будь-якоТ бiлковоТ молекули можуть бути описан у термшах коливань молекулярних груп, якi входять до складу пептидного зв'язку, а саме валентне С=О, валентне С - N1, валентне N - Н, деформацшне ОСЫ, деформацшне
СЫН, крутильне С-Ы, деформацшш коливання С=О i Ы-Н. Ус цi коливання сильно змiшанi та перекрива-ються, утворюючи декiлька характеристичних для бтковоТ молекули смуг - амщ А (3300 см-1) , амщ В (3080 см-1), амщ I (1650 см-1), Амiд II (1545 см-1), Амщ III- IV [40,41] (Рис. 8).
Для рубцевоТ тканини е характерною наявнiсть смуги С=О коливань в областi 1739 см-1, вщсутшсть плеча в област 1667 см-1 (1667 см-1 та 1653 см-1 у контроле лише 1653 см-1 у рубш), за рахунок цього смуга Амщ I у рубц значно звужуеться та спостер^а -еться низькочастотний зсув смуги Амщ II (iз 1555 см-1 у контролi до 1548 см-1 у рубш). Цi особливостi дають змогу вiдрiзнити рубцеву тканину вiд iнтактноТ ТМО.
За результатами аналiзу коливальних спек-трiв показано, що зразки тканини з м^ця травми за спектральними характеристиками близью до контрольно!' ТМО протилежноТ пiвкулi тварини i статистично значуще вiдрiзняються вiд рубцевоТ тканини тварини контрольно! групи (Рис. 9), тому
Рис. 8. Характеристичш смуги поглинання бтка в шфрачервоному дiапазонi
Рис. 9. Спектри поглинання зразюв тканин твердоТ мозковоТ оболонки в шфрачервоному дiапазонi
можна стверджувати, що використання колагенових плiвок сприяе регенерацп ТМО i запобiгаe утво-ренню рубця [42,43].
Отримаш нами данi довели, що бiополiмернi iмплантати е ефективними для вщновлення цiлiсностi ТМО i продемонстрували здатшсть до бiодеградацií i3 замщенням власною сполучною тканиною.
Висновки
Пщтверджено здатнiсть колагенових плiвок до бюдеградацп через 3 тиж пiсля пенетрацшно' череп-но-мозковоí травми у щурiв в експериментi.
Данi iнфрачервоноí спектроскопи i морфологiчнi данi свiдчать про те, що на межi мiж колагеновим iмплантатом i нативною твердо' мозково' оболонки вiдбуваються процеси регенерацп твердо' мозково' оболонки, а не формування рубцево' тканини.
Отриманi дан теоретично обг'рунтовують можли-вiсть застосування колагенових замшниюв для пластики дефек^в твердо' мозково' оболонки.
Розкриття шформацп
Конфликт ¡нтереав
Автори заявляють про вiдсутнiсть конфлiкту iнтересiв.
Етичн/ норми
Ва процедури, виконaнi пщдослщним тваринам, вiдповiдaють пiдзaконним й етичним нормам та схва-ленi ком^етом з питань етики науково''' установи, на бaзi яко' проведене дослщження.
Ф/нансування
Дослiдження не мало спонсорсько' пiдтримки.
References
1. Protasoni M, Sangiorgi S, Cividini A, Culuvaris GT, Tomei G, Dell'Orbo C, Raspanti M, Balbi S, Reguzzoni M. The collagenic architecture of human dura mater. J Neurosurg. 2011 Jun;114(6):1723-30. doi: 10.3171/2010.12.JNS101732. PMID: 21294622.
2. MacEwan MR, Kovacs T, Osbun J, Ray WZ. Comparative analysis of a fully-synthetic nanofabricated dura substitute and bovine collagen dura substitute in a large animal model of dural repair. Interdisciplinary Neurosurgery. 2018 Sep 1;13:145-50. doi: 10.1016/j.inat.2018.05.001.
3. Grotenhuis JA. Costs of postoperative cerebrospinal fluid leakage: 1-year, retrospective analysis of 412 consecutive nontrauma cases. Surg Neurol. 2005 Dec;64(6):490-3, discussion 493-4. doi: 10.1016/j.surneu.2005.03.041. PMID: 16293457.
4. Kumar A, Maartens NF, Kaye AH. Evaluation of the use of BioGlue in neurosurgical procedures. J Clin Neurosci. 2003 Nov;10(6):661-4. doi: 10.1016/s0967-5868(03)00163-2. PMID: 14592612.
5. Kehler U, Hirdes C, Weber C, Spuck S, Tronnier V, Kundt G, Piek J. CSF leaks after cranial surgery—a prospective multicenter analysis. Innovative Neurosurgery. 2013 Feb 1;1(1):49-53. doi: 10.1515/ins-2012-0002.
6. Matula C, Kjsrsgaard L, Di leva A. Watertight dural closure in brain surgery: a simple model for training. J Neurol Surg A Cent Eur Neurosurg. 2014 May;75(3):241-5. doi: 10.1055/s-0033-1342928. PMID: 23681920.
7. Abuzayed B, Kafadar AM, Oguzoglu SA, Canbaz B, Kaynar MY. Duraplasty using autologous fascia lata reinforced by on-site pedicled muscle flap: technical note. J Craniofac Surg. 2009 Mar;20(2):435-8. doi: 10.1097/scs.0b013e31819b968f. PMID: 19326487.
8. Rosen CL, Steinberg GK, DeMonte F, Delashaw JB Jr, Lewis SB, Shaffrey ME, Aziz K, Hantel J, Marciano FF. Results of the prospective, randomized, multicenter clinical trial evaluating a biosynthesized cellulose graft for repair of dural defects. Neurosurgery. 2011 Nov; 69 (5):1093-103; discussion 11034. doi: 10.1227/NEU.0b013e3182284aca. PMID: 21670715.
9. Sabatino G, Deila Pepa GM, Bianchi F, Capone G, Rigante L Albanese A, Maira G, Marchese E Autologous dural substitutes: a prospective study. Clin Neurol Neurosurg. 2014 Jan;116:20-3. doi: 10.1016/j.clineuro.2013.11.010. PMID: 24300745.
10. Berjano R, Vinas FC, Dujovny M. A review of dural substitutes used in neurosurgery. Crit Rev Neurosurg. 1999 Jul 28;9(4):217-222. doi: 10.1007/s003290050136. PMID: 10436210.
11. Schmalz P, Griessenauer C, Ogilvy CS, Thomas AJ. Use of an absorbable synthetic polymer dural substitute for repair of dural defects: a technical note. Cureus. 2018 Jan;10 (1):e2127 doi: 10.7759/cureus.2127. PMID: 29607275; PMCID: PMC5875978.
12. Narotam PK, Van Dellen JR, Bhoola K, Raidoo D. Experimental evaluation of collagen sponge as a dural graft. Br J Neurosurg. 1993;7(6):635-41; doi: 10.3109/02688699308995092. PMID: 8161425.
13. Pettorini BL, Tamburrini G, Massimi L, Paternoster G, Caldarelli M, Di Rocco C. The use of a reconstituted collagen foil dura mater substitute in paediatric neurosurgical procedures - Experience in 47 patients Br J Neurosurg. 2010 Feb;24(1):51-4. doi: 10.3109/02688690903386991. PMID: 20158353.
14. Esposito F, Cappabianca P, Fusco M, Cavallo LM, Bani GG, Biroli F, Sparano A, de Divitiis O, Signorelli A. Collagen-only biomatrix as a novel dural substitute. Examination of the efficacy, safety and outcome: clinical experience on a series of 208 patients. Clin Neurol Neurosurg. 2008 Apr;110(4):343-51. doi: 10.1016/j.clineuro.2007.12.016. PMID: 18242823.
15. Biroli F, Esposito F, Fusco M, Bani GG, Signorelli A, de Divitiis O, Cappabianca P, Cavallo LM. Novel equine collagen-only dural substitute. Neurosurgery. 2008 Mar;62(3 Suppl 1):273-4; discussion 274. doi: 10.1227/01.neu.0000317404.31336.69. PMID: 18424997.
16. Caroli E, Rocchi G, Salvati M, Delfini R. Duraplasty: our current experience. Surg Neurol. 2004 Jan; 61(1):55-9. doi: 10.1016/s0090-3019(03)00524-x. PMID: 14706380.
17. Danish SF, Samdani A, Hanna A, Storm P, Sutton L.Experience with acellular human dura and bovine collagen matrix for duraplasty after posterior fossa decompression for Chiari malformations. J Neurosurg. 2006 Jan;104(1 Suppl):16-20. doi: 10.3171/ped.2006.104.1.16. PMID: 16509475.
18. Horaczek JA, Zierski J, Graewe A. Collagen matrix in decompressive hemicraniectomy. Neurosurgery. 2008 Jul;63(1 Suppl 1):ONS176-81; discussion ONS181. doi: 10.1227/01.neu.0000335033.08274.1c. PMID: 18728597.
19. Yamada K, Miyamoto S, Nagata I, Kikuchi H, Ikada Y, Iwata H, Yamamoto K. Development of a dural substitute from synthetic bioabsorbable polymers. J Neurosurg. 1997 Jun;86(6):1012-7. doi: 10.3171/jns.1997.86.6.1012. PMID: 9171181.
20. Litvack ZN, West GA, Delashaw JB, Burchiel KJ, Anderson VC. Dural augmentation: part I-evaluation of collagen matrix allografts for dural defect after craniotomy Neurosurgery.
2009 Nov;65(5):890-7; discussion 897. doi: 10.1227/01. NEU.0000356970.22315.BC. PMID: 19834401.
21. Parenteau-Bareil R, Gauvin R, Berthod F. Collagen-based biomaterials for tissue engineering applications. Materials.
2010 Mar;3(3):1863-87. doi: 10.3390/ma3031863
22. McCall TD, Fults DW, Schmidt RH. Use of resorbable collagen dural substitutes in the presence of cranial and spinal infections-report of 3 cases. Surg Neurol. 2008 Jul;70(1):92-6; discussion 96-7. doi: 10.1016/j.surneu.2007.04.007. PMID: 18262619.
23. Sekhar LN, Mai JC. Dural repair after craniotomy and the use of dural substitutes and dural sealants. World Neurosurg. 2013 Mar-Apr;79(3-4):440-2. doi: 10.1016/j. wneu.2011.12.062. PMID: 22381295.
24. Tanzer ML, Kimura S. Phylogenetic aspects of collagen structure and function. In: Nimni ME, editor. Collagen. Boca Raton: CRC Press; 2018. P. 25-40.
25. Pachence JM. Collagen-based devices for soft tissue repair. J Biomed Mater Res. 1996 Spring;33(1):35-40. doi: 10.1002/ (SICI)1097-4636(199621)33:1<35::AID-JBM6>3.0.CO;2-N. PMID: 8734072.
26. Nimni ME, Harkness RD. Molecular structures and functions of collagen. In: Nimni ME, editor. Collagen. Boca Raton: CRC Press; 1988. P. 10-48.
27. Zerris VA, James KS, Roberts JB, Bell E, Heilman CB. Repair of the dura mater with processed collagen devices. Journal of biomedical materials research. Part B, Applied biomaterials. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2007 Nov;83(2):580-8. doi: 10.1002/jbm.b.30831. PMID: 17465025.
28. Ramshaw JA, Vaughan PR, Werkmeister JA. Applications of collagen in medical devices. Biomedical Engineering: Applications, Basis and Communications. 2001 Feb 25;13(01):14-26. doi: 10.4015/S1016237201000042.
29. Medina MA. Capsule Granulation Tissue Harvested From Abdominal Region Used as Dural Autologous Graft. Insights in Neurosurgery. 2017;1(3):21. https://www.researchgate. net/publication/320433891
30. Schick B, Wolf G, Romeike BF, Mestres P, Praetorius M, Plinkert PK. Dural cell culture. A new approach to study duraplasty. Cells Tissues Organs. 2003;173(3):129-37. doi: 10.1159/000069469. PMID: 12673095
31. Narotam PK, van Dellen JR, Bhoola KD. A clinicopathological study of collagen sponge as a dural graft in neurosurgery. J Neurosurg. 1995 Mar;82(3):406-12. doi: 10.3171/ jns.1995.82.3.0406. PMID: 7861218.
32. Narotam PK, Qiao F, Nathoo N. Collagen matrix duraplasty for posterior fossa surgery: evaluation of surgical technique in 52 adult patients. Clinical article. J Neurosurg. 2009 Aug;111(2):380-6. doi: 10.3171/2008.10.JNS08993. PMID: 19199453.
33. Stendel R, Danne M, Fiss I, Klein I, Schilling A, Hammersen S, Pietilae T, Jänisch W, Hopfenmüller W. Efficacy and safety of a collagen matrix for cranial and spinal dural reconstruction using different fixation techniques. J Neurosurg. 2008 Aug;109(2):215-21. doi: 10.3171/JNS/2008/109/8/0215. PMID: 18671632.
34. Haywood AM. Transmissible spongiform encephalopathies. N Engl J Med. 1997 Dec 18;337(25):1821-8. doi: 10.1056/ NEJM199712183372508. PMID: 9400041.
35. Deng K, Yang Y, Ke Y, Luo C, Liu M, Deng Y, Tian Q, Yuan Y, Yuan T, Xu T A novel biomimetic composite substitute of PLLA/gelatin nanofiber membrane for dura repairing. Neurol Res. 2017 Sep;39(9):819-829. doi: 10.1080/01616412.2017.1348680. PMID: 28701072.
36. Stuart BH. Infrared Spectroscopy of Biological Applications: An Overview. Encyclopedia of Analytical Chemistry. John Wiley & Sons, Ltd; 2012 Jun 15; doi: 10.1002/9780470027318. a0208.pub2.
37. Purushothuman S, Marotte L, Stowe S, Johnstone DM, Stone J. The Response of Cerebral Cortex to Haemorrhagic Damage: Experimental Evidence from a Penetrating Injury Model PLoS One. 2013;8(3):e59740. doi: 10.1371/journal.pone.0059740. PMID: 23555765; PMCID:PMC3605910/
38. Tsymbaliuk V, Tretyak I, Gatskiy A. [The research of sciatic nerve combined plastics efficiency at it's large defect by it's functional recovery quantification in rats in experiment]. Ukrainian Neurosurgical Journal. 2012;(3):48-51. Ukrainian. doi: 10.25305/unj.60846.
39. Kostrub OO, Blonskyy RI. [Cell therapy for degenerative tendon damage]. Kyiv: Zdorovya. 2011. Ukrainian.
40. Susie G. [IR spectra of biological macromolecules and model compounds]. In: Volkenstein MV, editor. [The structure and stability of biological macromolecules]. Moscow: Mir; 1973. p. 487-537. Russian.
41. Goormaghtigh E, Cabiaux V, Ruysschaert JM. Determination of soluble and membrane protein structure by Fourier transform infrared spectroscopy. I. Assignments and model compounds. Subcell Biochem. 1994;23:329-62. doi: 10.1007/978-1-4615-1863-1_8. PMID: 7855877.
42. Goormaghtigh E, Ruysschaert JM, Raussens V. Evaluation of the information content in infrared spectra for protein secondary structure determination. Biophys J. 2006 Apr 15;90(8):2946-57. doi: 10.1529/biophysj.105.072017. PMID: 16428280; PMCID: PMC1414549.
43. Movasaghi Z, Rehman S, ur Rehman DI. Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy of biological tissues. Applied Spectroscopy Reviews. 2008 Feb 1;43(2):134-79. doi:: 10.1080/05704920701829043.
