Enhancing cross-face nerve grafts with regional sensory nerves

Patienten mit Fazialisparese leiden unter funktionellen und ästhetischen Defiziten. Im Rahmen von operativer Gesichtsreanimation werden gesunde Axone des Nervus facialis über Cross-face Nerventransplantate zur gelähmten Gesichtshälfte geleitet. Die Nervenregeneration über diese langen Cross-face Nerventransplantate dauert mehrere Monate, in denen jedoch die Nerventransplantate zunehmend ihre pro-regenerativen Eigenschaften verlieren. Daher ist die Regeneration nach Cross-face Nerventransplantation ist in manchen Fällen insuffizient. Eine Erhöhung der Axonzahl könnte die funktionellen Ergebnisse nach Gesichtsreanimation verbessern. Das übergreifende Ziel dieses Projektes war, den Effekt von „Protektion“ von Cross-face Nerventransplantaten zu untersuchen. Im Rattenmodell wurden sensible Nervenäste End-zu- Seit an das Cross-face Nerventransplantat koaptiert um dessen pro-regenerativen Zustand zu erhalten. Histologische und funktionelle Ergebnisse zeigten eine Verbesserung der Nervenregeneration durch diese sensible „Protektion“. In transgenen Thy1-GFP Ratten, die GFP in neuralen Strukturen exprimieren, konnte die verbesserte Regeration in-vivo verfolgt werden. Es wurde ein Modell zur makroskopischen in-vivo Darstellung der Gesichtsnervenregeneration entwickelt. Die Regeneration des Nervus facialis wurde nach Kompressionsverletzung, direkter Naht und Cross-face Nerventransplantation erfasst. Dadurch konnte, bei Reduktion der Anzahl der experimentellen Tiere, die Regeneration über klinisch relevante Distanzen verfolgt werden. Um frühe Nervenregeneration zu erfassen musste der distale Teil des Nerven, beziehungsweise das Nerventransplantat, prädegeneriert werden. Die in-vivo Darstellung der Nervenregeneration unterstrich den positiven Effekt der sensiblen „Protektion“ von Cross-face Nerventransplantaten, jedoch ist der exakte zelluläre Wirkmechanismus, der zur verbesserten Regeneration führt, nicht geklärt. Neuregulin 1 und dessen erbB2-Rezeptor spielen eine wichtige Rolle bei der Interaktion von Axonen und Schwann Zellen. Diese Interaktion wird als zentraler Mechanismus der Erhaltung des proregenerativen Zustands von Nerventransplantaten vermutet. Um den erbB2-Rezeptor zu blockieren wurden Ratten, nach Durchtrennung und direkter Naht des Nervus peroneus communis, mit dem monoklonalen Antikörper Herceptin behandelt. Durch die Herceptin- Therapie wurde die Anzahl der regenerierten Axone erhöht, bei jedoch konstanter Zahl regenerierter Neurone. Die Aktivität von erbB2-Rezeptoren wurde durch Herceptin nicht verringert. Der Effekt von Herceptin auf periphere Nervenregeneration wird in zukünftigen Studien untersucht. Die sensible „Protektion“ von Cross-face Nerventransplantaten könnte, bei Bestätigung der Ergebnisse in zukünftigen Studien, zu verbesserter Gesichtsfunktion nach nach Gesichtsreanimation führen.Patients presenting with facial palsy suffer from functional and aesthetic deficits. In facial reanimation surgery, cross-face nerve grafts are used to guide axons from healthy facial nerve donor branches to the affected side. Regeneration across cross-face nerve grafts, which are sural nerve autografts, takes several months. The autografts undergo changes associated with chronic denervation during this time period. Functional outcomes after crossface nerve grafting are sometimes insufficient and facial function could be improved by increasing facial nerve regeneration across the grafts. The overarching aim of this thesis was to enhance facial nerve regeneration across crossface nerve grafts by “protection” of the grafts pro-regenerative capacity. In the rat model, small adjacent sensory nerves were coapted to the cross-face nerve graft by end-to-side neurorrhaphy. Functional and histological outcome measures showed improved regeneration in sensory “protected” groups when compared to controls. In-vivo imaging of axonal outgrowth in the transgenic Thy1-GFP rat, that expresses GFP in its neural structures, confirmed the findings of improved regeneration. Macroscopic, serial in-vivo imaging of facial nerve regeneration in the transgenic Thy1-GFP rat was characterized. Regeneration after crush injury, direct nerve repair and cross-face nerve grafting was captured during serial survival procedures in the same animals. Regeneration was imaged over clinically relevant distances but pre-degeneration of the distal stump or nerve graft was required to capture the regeneration front. Serial in-vivo imaging during survival procedures reduced the number of required experimental animals. Despite concordant results of enhanced regeneration through cross-face nerve grafts by sensory “protection” of the graft, the cellular and molecular mechanisms of “protection” remain to be clarified. The neuregulin 1 and erbB2 receptor signaling system has been shown to be a key factor in axon and Schwann cell interaction, which is believed to be the main mechanism of “protection” of the pro-regenerative state. In an attempt to assess the effects of erbB2 receptor inhibition, the monoclonal antibody Herceptin (Trastuzumab) was applied in an acute cut-and-repair model in the rat. Herceptin treatment resulted in increased axonal sprouting, while erbB2 receptor activation and hence neuregulin 1 signaling remained intact. The mechanism of action of Herceptin on peripheral nerve regeneration will be investigated in future studies. In conclusion, sensory “protection” of cross-face nerve grafts leads to improved facial nerve regeneration in the rat model. Pending further studies, sensory “protection” would be easily applicable in the clinical setting and might improve outcomes of facial reanimation.submitted by Dr. med. univ. Eva PlachetaZusammmenfassung in deutscher SpracheAbweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersMedizinische Universität Wien, Dissertation, 2016OeBB(VLID)171618