脊髄損傷後のキトサンコラーゲンハイドロゲルを介した局所セルピン治療は組織損傷を減らし、神経機能を改善する

Local Serpin Treatment via Chitosan-Collagen Hydrogel after Spinal Cord Injury Reduces Tissue Damage and Improves Neurologic Function.

• Jacek M Kwiecien
• Liqiang Zhang
• Jordan R Yaron
• Lauren N Schutz
• Christian J Kwiecien-Delaney
• Enkidia A Awo
• Michelle Burgin
• Wojciech Dabrowski
• Alexandra R Lucas

抄録

脊髄損傷（SCI）は、食細胞性マクロファージの浸潤と組織破壊を伴う炎症の長期化によって特徴づけられる大規模な二次的損傷をもたらす。先行研究では、抗炎症性化合物を持続的に硬膜下に注入すると、神経学的障害が減少し、損傷部位での炎症性細胞の浸潤が減少し、転帰が改善された。我々は、免疫調節性生物学的薬剤であるSERP-1を担持したハイドロゲルを圧 壊誘発性脊髄損傷後に持続的に注入すると、効果的な抗炎症および神経保護効果が得られると 仮説した。キトサン-コラーゲンハイドロゲル（CCH）を移植した背柱損傷ラットでは、背柱損傷部位に重度の肉芽腫性浸潤が認められ、術後28日目には過剰な浮腫が蓄積していた。高用量（100μg/50μL）のSerp-1 CCHを移植したラットでは、より顕著な神経保護効果の変化が観察されたが、低用量（10μg/50μL）のSerp-1 CCHでは観察されなかった。Serp-1 CCHインプラントで処置されたラットはまた、炎症に関連した組織損傷の阻害に起因する神経学的欠損の回復を伴う20日までの運動機能の改善も認められた。対照的に、キトサンを用いた低用量SERP-1の長期注入では、回復は改善しなかった。Serp-1免疫調節生物学的製剤を持続的に送達するためのハイドロゲルの腔内注入は、急性SCIの神経保護的治療法を提供する。

Spinal cord injury (SCI) results in massive secondary damage characterized by a prolonged inflammation with phagocytic macrophage invasion and tissue destruction. In prior work, sustained subdural infusion of anti-inflammatory compounds reduced neurological deficits and reduced pro-inflammatory cell invasion at the site of injury leading to improved outcomes. We hypothesized that implantation of a hydrogel loaded with an immune modulating biologic drug, Serp-1, for sustained delivery after crush-induced SCI would have an effective anti-inflammatory and neuroprotective effect. Rats with dorsal column SCI crush injury, implanted with physical chitosan-collagen hydrogels (CCH) had severe granulomatous infiltration at the site of the dorsal column injury, which accumulated excess edema at 28 days post-surgery. More pronounced neuroprotective changes were observed with high dose (100 µg/50 µL) Serp-1 CCH implanted rats, but not with low dose (10 µg/50 µL) Serp-1 CCH. Rats treated with Serp-1 CCH implants also had improved motor function up to 20 days with recovery of neurological deficits attributed to inhibition of inflammation-associated tissue damage. In contrast, prolonged low dose Serp-1 infusion with chitosan did not improve recovery. Intralesional implantation of hydrogel for sustained delivery of the Serp-1 immune modulating biologic offers a neuroprotective treatment of acute SCI.