Einleitung: Durch insuffiziente regenerative Therapien sind traumatische Rückenmarksverletzungen eine der weltweit führenden Ursachen für bleibende Behinderung. Es wird angenommen, dass die posttraumatische Permeabilitätssteigerung der Blut-Rückenmarksschranke (BRMS) einer der Hauptfaktoren in deren komplexer Pathophysiologie ist, und für die Rückenmarksregeneration eine Schlüsselrolle spielt. Ein klareres Verständnis des Zeitrahmens der BRMS-Reparatur und damit verbundenen strukturellen und neurovaskulären Veränderungen verbessert die Suche nach regenerativen Therapien. Ziel dieser Arbeit ist es, die BRMS-Schädigung und die Erholung der Neurovaskulären Einheit (NVU) über die subakute und chronische Phase 14 und 28 Tage nach Rüchenmarkstrauma in einem murinen Modell zu charakterisieren, und in Zusammenhang mit der neurologischen Erholung zu setzen. Methoden: Erwachsene C57BL/6J Mäuse (n=56) erhielten ein thorakales Clip-Kompressions-Rückenmarkstrauma (5g, 60s) oder eine Sham Verletzung (2-Höhen-Laminektomie.) Die neurologische Erholung wurde longitudinal an den Tagen 1, 3, 7, 14, und 28 erfasst (Catwalk™-Ganganalyse, Basso Mouse Scale, Tally-Subscore). Gewebeverarbeitung erfolgte nach Entnahme an Tag 14 und 28. BRMS-Permeabilität wurde mittels Evans Blue (EVB)-Fluoreszenz-Assay quantifiziert (n=5/Gruppe) und in longitudinalen Gewebeschnitten mit CD31 Ko-Färbung bewertet (n=1/Gruppe) An Gewebeaxialschnitten wurde die posttraumatische Gewebe- und Gefäßarchitektur dargestellt und der Anteil funktioneller Gefäße (CD31+FITC-Lectin, n=4/Gruppe) und die Komposition der neurovaskulären Einheit (NVU) (CD31+Cl5/VeC/Desmin, n=4/Gruppe) berechnet. Ergebnisse: Die neurologische Erholung begann zwischen Tag 7 und 14. Nach 28 Tagen zeigte sich mehrheitlich wieder Hinterpfoten-Einsatz, in der CatWalk™ Analyse konnten aber noch deutliche funktionelle Defizite nachgewiesen werden. Morphologisch zeigte sich nach 14 Tagen ausgedehnter struktureller und vaskulärer Schaden. Die TECAN-Messung bestätigte die signifikante Störung der BRMS (14d:14.53µg/g; p=0.01), mit guter Restitution an Tag 28 (4.43µg/g;p=0.28). Während die Gefäßzahl sich an Tag 14 normalisiert hatte, blieb die funktionelle Gefäßdichte signifikant gemindert (14d:23.7%; p=0.004), ebenfalls mit Erholung nach 28 Tagen (51.5%; p=0.18). Es kam zu einer partiellen Restitution der NVU: Tight- und Adherens Junctions blieben unverändert (p>0.99), jedoch hielt bis in die chronische Phase ein signifikanter Perizytenverlust (28d: 51.8%; p=0.03) an. Diskussion: Funktionelle Erholung wurde mit Restitution der BRMS und Rückkehr funktioneller Gefäße, sowie partieller Erholung der NVU in der subakut bis chronischen Phase in Zusammenhang gebracht und so ein Zeitfenster identifiziert, in welchem die NVU durch Permeabilitätssteigerung der BRMS für Therapien direkt zugänglich ist. Zukünftig ist die Exploration von molekularen Zielstrukturen und -mechanismen essenziell, um zielgerichtete therapeutische Ansätze zu entwickeln.
Introduction: Due to a lack of sufficient therapies, traumatic spinal cord injury (SCI) remains one of the leading causes of permanent disability worldwide. The posttraumatic disruption of the blood spinal cord barrier (BSCB) is a leading pathophysiology after SCI, and while its restitution plays a crucial role in spinal cord regeneration, remodeling that takes place starting 14 days after injury has been suggested to hinder sufficient functional recovery. A clearer understanding of the time frame of BSCB repair, as well as the associated structural and neurovascular changes, will enhance the search for regenerative therapies. This study aims to characterize posttraumatic BSCB disruption and restitution in the subacute (14 days) to chronic (28 days) phase, assessed in relation to locomotor recovery after mouse-model SCI. Methods: Adult C57BL/6J mice (n=56) underwent mid-thoracic (Th6/7) clip-compression SCI (5g, 60s) using a modified aneurysm clip or received sham injury (two-level laminectomy). Neurological recovery was assessed longitudinally at 1, 3, 7, 14 and 28 days after injury (CatWalk™ gait analysis, Basso Mouse Scale, Tally Subscore). Ex-vivo tissue harvesting and processing was performed at 14 and 28 days. BCSB disruption was quantified by measuring EVB-extravasation through fluorescence assay (n=5/group) and assessed in longitudinal cross-sections stained with CD31 (n=1/group). In axial cross sections tissue and vascular composition was visualized and the disruption of functionally perfused vessels (CD31+FITC-Lectin, n=4/group) and the NVU (CD31+Cl5/VeC/Desmin, n=4/group) was calculated. Results: Animals showed quick postoperative recuperation and neurological recovery began between 7 and 14 days after injury, with many specimen regaining hindlimb function within the final two weeks. However CatWalk™ analysis still indicated clear functional deficits by day 28. Immunofluorescent staining showed vast structural and vascular damage as well as EVB leakage at 14 days post SCI. Quantitative assessment of EVB-extravasation confirmed significant disruption of the BSCB up to this point (14d: 14.53µg/g; p=0.01), with good restitution after 28 days (4.43µg/g; p=0.28). While vessel density was already restored by day 14, the functionally perfused percentage remained significantly reduced but recovered by 28 days (14d: 23.7%; p=0.004, 28d: 51.5%; p=0.18). Tight- and adherens junctions showed good repair (p>0.99) whereas pericyte coverage remained significantly diminished after 28 days (51.8%; p=0.03), indicating an only partial repair of the disintegrated NVU. Conclusion: Functional recovery is clearly associated with BSCB restitution, return of functional vasculature and partial repair of the NVU in the subacute-chronic injury phase. This reveals a potential timeframe for therapy application in which the NVU is directly accessible. Identification of molecular targets will be essential to develop promising translational advances.
