保存在体外储存液中大鼠坐骨神经节段的存活率：新电生理和形态学标准评估

doi:10.4103/1673-5374.367848

摘要/Abstract

摘要：

大多数具有存活细胞的器官或组织异体移植会在体外溶液中储存数小时至数天。异体移植物在移植时宿主血管需要快速再生，以维持供体细胞的功能（例如，心肌收缩，肝脏分泌功能）。相比之下，体外储存的周围神经异体移植不需要再血管化，其在供体许旺细胞的支持下，可以作为支架引导宿主轴突以1-2mm/d的速度生长。使用目前的存储液和方案，供体器官/组织/神经移植物的轴突将在几天内因华勒氏变性而迅速变得不可用。实验研究了几种常见的器官/组织储存液（威斯康星大学冷储存液、Normosol-R、正常生理盐水和乳酸林格）对大鼠坐骨神经体外轴突活力的影响，通过：（1）人工诱导的复合动作电位的传导和（2）轴突和髓鞘形态的新型检测方法进行评估。有活力轴突的周围神经保存在成分、渗透压（250-318mOsm）、温度（4与25°C）和钙含量不同的7种储存液中。有活力轴突的周围神经中的复合动作电位和轴突形态在4°C的无钙低渗稀释（250mOsm）的Normosol-R中达到最好的状态，可保持长达9d。令人惊讶的是，复合动作电位在4℃的威斯康星大学器官保存液和生理盐水中只维持了1-2d，比有活力轴突的周围神经在4℃的稀释的Normosol-R（9d）甚至25℃的稀释的Normosol-R（5d）中维持的时间短得多。周围神经异体移植中存活的轴突对于成功地将受体轴突的近端和远端与供体轴突进行聚乙二醇融合以修复周围神经的节段性缺失至关重要。使用有活力轴突的周围神经进行聚乙二醇融合修复可以防止移植物内部和远端许多轴突的华勒氏变性，并在数周内促进感觉/运动功能和自主行为的良好恢复。这种聚乙二醇融合的有活力轴突的周围神经与所有其他类型的传统供体移植不同，无需组织匹配或免疫抑制就能实现免疫耐受。在储存的有活力轴突的周围神经中保存轴突活力有利于建立有活力轴突的周围神经组织库，以解决目前周围神经移植物短缺的问题。储存的聚乙二醇融合有活力轴突的周围神经也是修复周围神经节段性缺失的有潜力方法。此外，有活力轴突的周围神经储存方案也体外其他类型器官/组织移植的轴突存活提供了有参考价值的储存方案。

https://orcid.org/0000-0002-5610-6264 (George D. Bittner)

Abstract: Most organ or tissue allografts with viable cells are stored in solutions ex vivo for hours to several days. Most allografts then require rapid host revascularization upon transplantation to maintain donor-cell functions (e.g., cardiac muscle contractions, hepatic secretions). In contrast, peripheral nerve allografts stored ex vivo do not require revascularization to act as scaffolds to guide outgrowth by host axons at 1–2 mm/d, likely aided by viable donor Schwann cells. Using current storage solutions and protocols, axons in all these donor organ/tissue/nerve transplants are expected to rapidly become non-viable due to Wallerian degeneration within days. Therefore, ex vivo storage solutions have not been assessed for preserving normal axonal functions, i.e., conducting action potentials or maintaining myelin sheaths. We hypothesized that most or all organ storage solutions would maintain axonal viability. We examined several common organ/tissue storage solutions (University of Wisconsin Cold Storage Solution, Normosol-R, Normal Saline, and Lactated Ringers) for axonal viability in rat sciatic nerves ex vivo as assessed by maintaining: (1) conduction of artificially-induced compound action potentials; and (2) axonal and myelin morphology in a novel assay method. The ten different storage solution conditions for peripheral nerves with viable axons (PNVAs) differed in their solution composition, osmolarity (250–318 mOsm), temperature (4°C vs. 25°C), and presence of calcium. Compound action potentials and axonal morphology in PNVAs were best maintained for up to 9 days ex vivo in calcium-free hypotonic diluted (250 mOsm) Normosol-R (dNR) at 4°C. Surprisingly, compound action potentials were maintained for only 1–2 days in UW and NS at 4°C, a much shorter duration than PNVAs maintained in 4°C dNR (9 days) or even in 25°C dNR (5 days). Viable axons in peripheral nerve allografts are critical for successful polyethylene glycol (PEG)-fusion of viable proximal and distal ends of host axons with viable donor axons to repair segmental-loss peripheral nerve injuries. PEG-fusion repair using PNVAs prevents Wallerian degeneration of many axons within and distal to the graft and results in excellent recovery of sensory/motor functions and voluntary behaviors within weeks. Such PEG-fused PNVAs, unlike all other types of conventional donor transplants, are immune-tolerated without tissue matching or immune suppression. Preserving axonal viability in stored PNVAs would enable the establishment of PNVA tissue banks to address the current shortage of transplantable nerve grafts and the use of stored PEG-fused PNVAs to repair segmental-loss peripheral nerve injuries. Furthermore, PNVA storage solutions may enable the optimization of ex vivo storage solutions to maintain axons in other types of organ/tissue transplants.

Key words: axonal morphometrics, axonal viability, calcium, osmolarity, , peripheral nerve grafts, peripheral nerve injury, temperature, tissue storage solutions, tonicity, Wallerian degeneration

. 保存在体外储存液中大鼠坐骨神经节段的存活率：新电生理和形态学标准评估[J]. 中国神经再生研究(英文版), 2023, 18(9): 2082-2088.

Liwen Zhou, Monzer Alatrach, Ted Zhao, Paul Oliphint, George D. Bittner. Survival of rat sciatic nerve segments preserved in storage solutions ex vivo assessed by novel electrophysiological and morphological criteria[J]. Neural Regeneration Research, 2023, 18(9): 2082-2088.

参考文献

引言

出版重点

《中国神经再生研究（英文版）》杂志为SCI、PubMed数据库收录的国际唯一一本专注神经再生领域研究的经同行评议的开放获取期刊，出版来自全球神经再生领域专业学者的前沿性基础研究及临床研究及转化医学、循证医学优秀的最新成果。

期刊出版来自于脑损伤与神经再生、脊髓损伤与神经再生、周围神经损伤与神经再生和神经退行性病与神经再生、神经影像与神经再生的相关研究。期刊关注神经损伤与再生过程中的轴突再生、突触生长、神经可塑性、神经修复和替代、神经移植等最新研究成果。尤其关注应用细胞治疗、基因治疗、生物因子治疗、药物治疗、手术治疗、康复治疗、物理疗法、组织工程、生物工程、生物材料、神经假体等干预性方法产生神经再生效果的相关研究。文章应清晰描述抑制神经元损伤、减轻神经元损伤的一系列变化，保护损伤神经元的过程、方法、程度与评价，突出从细胞分子水平以及分子生物学水平解释神经元损伤后以及预后再生的机制。

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延伸阅读

NRR：美国得克萨斯大学研究团队提出解决目前周围神经移植物短缺问题的方案

目前，体外储存的供体、非神经元器官（如肝脏、心脏、肾脏）的移植方案旨在恢复血管连接，重建含氧血流。一些非神经元来源的组织移植物（如皮肤、筋膜）也在体外储存，其临床意图通常是在移植后数天至数周内通过毛细血管的生长产生再造血管，以保持供体细胞的活力。其他非神经元、无细胞组织异体移植（如骨、软骨、肌腱）的临床意图是在移植后保持长期的结构完整性，不需要立即进行血管再造。立即恢复和持续维持功能是所有这些移植器官或组织成功的衡量标准，这些器官或组织最常见的是在威斯康星大学器官保存液中体外储存1-2天，保持供体细胞的活力。

目前临床上常用的修复神经缺损的手术都存在不能防止远端轴突华勒氏变性的问题，因此，仅仅依靠自然再生来产生促进运动和/或感觉的恢复效果不十分理想。最近开发的一种修复策略，使用聚乙二醇融合有活力轴突的周围神经来修复节段性缺失的周围神经，在几周内产生了很好的功能和自主行为的恢复，且聚乙二醇融合的有活力轴突的周围神经显示出的免疫反应也不明显。

保持有活力轴突的周围神经中轴突的活力是很重要的，因为有活力轴突的周围神经中有活力的供体轴突可以与受体轴突的近端和远端进行聚乙二醇融合，以修复缺失的周围神经节段性，在数周内产生良好的感觉/运动功能和自主行为恢复。这种聚乙二醇融合的有活力轴突的周围神经，与其他供者的移植物不同，无需组织匹配或免疫抑制就能实现免疫耐受。

得克萨斯大学奥斯汀分校的George D. Bittner团队在发表于《中国神经再生研究（英文版）》杂志2023年9期的研究中，观察了几种常见的器官/组织储存液（威斯康星大学冷储存液、Normosol-R、正常生理盐水和乳酸林格）对大鼠坐骨神经体外轴突活力的影响。应用（1）人工诱导的复合动作电位的传导和（2）轴突和髓鞘形态的新型检测方法对前述影响进行评估。有活力轴突的周围神经节段被保存在成分、渗透压（250-318mOsm）、温度（4与25°C）和钙含量不同的7种储存液中。有活力轴突的周围神经中的复合动作电位和轴突形态在4°C的无钙低渗稀释（250mOsm）的Normosol-R（dNR）中达到最好的状态，可保持长达9d。令人惊讶的是，复合动作电位在4℃的威斯康星大学冷储存液和生理盐水中只维持了1-2d，比有活力轴突的周围神经在4℃的稀释的Normosol-R（9d）甚至25℃的稀释的Normosol-R（5d）中维持的时间短得多。使用有活力轴突的周围神经进行聚乙二醇融合修复可以防止移植物内部和远端许多轴突的华勒氏变性，并在数周内促进感觉/运动功能和自主行为的良好恢复。这种聚乙二醇融合的有活力轴突的周围神经与所有其他类型的传统供体移植不同，无需组织匹配或免疫抑制就能实现免疫耐受。在储存的有活力轴突的周围神经中保存轴突活力有利于建立有活力轴突的周围神经组织库，以解决目前周围神经移植物短缺的问题。储存的聚乙二醇融合有活力轴突的周围神经也是修复周围神经节段性缺失的有潜力方法。此外，有活力轴突的周围神经储存方案也体外其他类型器官/组织移植的轴突存活提供了有参考价值的储存方案。