The efficacy of immediate implantation of macroporous poly(N-[2-hydroxypropyl]-methacrylamide) hydrogel after laceration spinal cord injury in young rats

Medvediev, Volodymyr V; Savosko, Serhii I; Abdallah, Ibrahim M; Draguntsova, Natalya G; Vaslovych, Viktoria V; Tsymbaliuk, Vitaly I; Voitenko, Nana V

SUMMARY:

Spinal cord regeneration after mechanical injury is one of the most difficult biomedical problems. This article evaluates the effect of poly(N-[2-hydroxypropyl]-methacrylamide) hydrogel (PHPMA-hydrogel) on spinal cord regeneration in young rats after lateral spinal cord hemi-excision (laceration) at the level of segments T12-T13 (TrGel group). The locomotor function score (FS) and the paretic hindlimb spasticity score (SS) were assessed according to Basso-Beattie-Bresnahan (BBB) and Ashworth scales, respectively, and compared to a group of animals with no matrix implanted (Tr group). Regeneration of nerve fibers at the level of injury was evaluated at ~5 months after spinal cord injury (SCI). One week after the SCI induction, the FS on the BBB scale was 0.9±0.5 points in the Tr group and 3.6±1.2 points in the TrGel group. In the Tr group, the FS in 5 months was significantly lower than in 2 weeks after SCI, while no significant changes in FS were detected in the TrGel group over the entire observation period. The final FS was 0.8±0.3 points in the Tr group and 4.5±1.8 points in the TrGel group. No significant changes in SS have been observed in the TrGel group throughout the experiment, while the Tr group showed significant increases in SS at 2nd week, 6th week, 3th month and 5th month. The SS in 5 months was 3.6±0.3 points on the Ashworth scale in the Tr group and 1.8±0.7 points in the TrGel group. Throughout the observation period, significant differences in FS between groups were observed only in 5 weeks after SCI, whereas significant differences in SS were observed in 2, 3 and 6-8 weeks post-injury. Glial fibrous tissue containing newly formed nerve fibers, isolated or grouped in small clusters, that originated from the surrounding spinal cord matter have been found between the implanted hydrogel fragments. In conclusion, PHPMA-hydrogel improves recovery of the hindlimb locomotor function and promotes regenerative growth of nerve fibers. Further research is needed to clarify the mechanism of this PHPMA-hydrogel effect.

RESUMEN:

La regeneración de la médula espinal después de una lesión mecánica es uno de los problemas biomédicos más difíciles. Este artículo evalúa el efecto del hidrogel de poli (N- [2-hidroxipropil] -metacrilamida) (PHPMA-hidrogel) sobre la regeneración de la médula espinal en ratas jóvenes después de la hemiescisión lateral de la médula espinal (lesión) a nivel de los segmentos T12 - T13 (Grupo TrGel). La puntuación de la función locomotora (FS) y la puntuación de espasticidad parética de las patas traseras (SS) se evaluaron de acuerdo con las escalas de Basso- Beattie-Bresnahan (BBB) y Ashworth, respectivamente, y se compararon con un grupo de animales sin matriz implantada (grupo Tr). Se evaluó la regeneración de las fibras nerviosas al nivel de la lesión ~ 5 meses después de la lesión de la médula espinal (LME). Una semana después de la inducción de SCI, el FS en la escala BBB fue 0,9 ± 0,5 puntos en el grupo Tr y 3,6 ± 1,2 puntos en el grupo TrGel. En el grupo Tr, el FS en 5 meses fue significativamente menor que en 2 semanas después de SCI, mientras que no se detectaron cambios significativos en FS en el grupo TrGel durante el período de observación. El FS final fue de 0,8 ± 0,3 puntos en el grupo Tr y de 4,5 ± 1,8 puntos en el grupo TrGel. No se han obser- vado cambios significativos en SS en el grupo TrGel durante el experimento, mientras que el grupo Tr mostró aumentos significativos en SS en la 2ª semana, 6ª semana, 3º mes y 5º mes. La SS en 5 meses fue de 3,6 ± 0,3 puntos en la escala de Ashworth en el grupo Tr y de 1,8 ± 0,7 puntos en el grupo TrGel. A lo largo del período de observación, se observaron diferencias significativas en FS entre los grupos solo en 5 semanas después de la LME, mientras que se observaron diferencias significativas en SS en 2, 3 y 6-8 semanas después de la lesión. Entre los fragmentos de hidrogel implantados se observó tejido fibroso glial que contenía fibras nerviosas recién formadas, aisladas o agrupadas en pequeños grupos, que se originaban a partir de la materia de la médula espinal circundante. En conclusión, PHPMA-hydrogel mejora la recuperación de la función locomotora de las patas traseras y promueve el crecimiento regenerativo de las fibras nerviosas. Se requieren más estudios para aclarar el mecanismo del efecto de hidrogel PHPMA.