Assessment of the Effect of Autogra2 Orienta5on on - - PowerPoint PPT Presentation

Assessment ¡of ¡the ¡Effect ¡of ¡Autogra2 ¡ Orienta5on ¡on ¡Peripheral ¡Nerve ¡Regenera5on ¡ U5lizing ¡Diffusion ¡Tensor ¡Imaging ¡

Ashkan ¡Afshari ¡MD, ¡Lyly ¡Nguyen ¡MD, ¡Nathaniel ¡Kelm ¡BS, ¡Jus;ne ¡S ¡Kim ¡BS, ¡ Nancy ¡Cardwell ¡BS, ¡Alonda ¡Pollins ¡MS, ¡Ravinder ¡Bamba ¡MD, ¡R ¡Bruce ¡Shack ¡ MD, ¡Mark ¡Does ¡PhD, ¡Wesley ¡P ¡Thayer ¡MD ¡PhD ¡ Disclosure ¡:The ¡authors ¡have ¡nothing ¡to ¡disclose. ¡

Nerve ¡AutograI ¡

• Few ¡studies ¡to ¡evaluate ¡the ¡effect ¡of ¡autograI ¡
• polarity. ¡

– Limited ¡by ¡number ¡of ¡assessment ¡tools. ¡

• No ¡consensus ¡on ¡role ¡of ¡autograI ¡orienta;on. ¡

Stromberg B V, Vlastou C, Earle A S. Effect of nerve graft polarity on nerve regeneration and function. J Hand Surg. 1979;4:444-5. Sotereanos DG, Seaber AV, Urbaniak JR. Reversing nerve-graft polarity in a rat model: the effect on function. J Reconstr Microsurg. 1992;8:303-7. Nakatsuka H, Takamatsu K, Koshimune M, et al. Experimental study of polarity in reversing cable nerve grafts. J Recontr Microsurg. 2002;18(6):509-15. Ansselin AD, Davey DF. The regeneration of axons through normal and reversed peripheral nerve grafts. Restor Neurol Neurosci. 1993;5(3):225-40.

Purpose ¡

• Evaluate ¡the ¡effect ¡of ¡autograI ¡orienta;on ¡on ¡

nerve ¡recovery ¡using ¡mul;ple ¡assessments ¡ tools, ¡including ¡DTI. ¡

Methods ¡(Design) ¡

36 ¡Sprague-­‑Dawley ¡ female ¡rats ¡

12 ¡Sham ¡ 12 ¡Normal ¡ Orienta;on ¡ 12 ¡Reverse ¡ Orienta;on ¡ DTI ¡ IHC/TB ¡ Gastrocnemius/Soleus ¡Muscle ¡Harvest ¡ Le2 ¡Scia5c ¡Nerve ¡Harvest ¡

Weekly behaviors for 6 weeks

Methods ¡(Microsurgery) ¡

10mm 10mm

Sham Normal Orientation Reverse Orientation

p d

Behavior: ¡Scia;c ¡Func;on ¡Index ¡

¡ ¡

• Hind ¡limbs ¡inked ¡and ¡animal ¡

walks ¡up ¡an ¡inclined ¡plank ¡ ¡

• Markings ¡measured ¡and ¡

inserted ¡into ¡a ¡validated ¡ formula ¡

• Greater ¡impairment ¡

demonstrated ¡by ¡more ¡ nega;ve ¡score ¡

Behavior: ¡Foot ¡Fault ¡

• Animals ¡allowed ¡to ¡take ¡50 ¡steps/hind ¡limb ¡on ¡wired ¡

grid, ¡and ¡number ¡of ¡foot ¡faults ¡(FF) ¡recorded ¡

– Par;al ¡FF ¡(through ¡grid ¡without ¡touching ¡base) ¡= ¡1 ¡point ¡ – Full ¡FF ¡(through ¡grid ¡and ¡touches ¡base)= ¡2 ¡points ¡

• Foot ¡Fault ¡Asymmetry ¡Score= ¡%foot ¡

fault ¡(surgical ¡hind ¡limb) ¡-­‑ ¡%foot ¡fault ¡ (normal ¡hind ¡limb) ¡

2cm

Muscle ¡Net ¡Weight ¡

• Net ¡weight ¡(gm)= ¡weight ¡(normal ¡limb ¡gastrocnemius/soleus ¡

m.)-­‑ ¡weight ¡(surgical ¡limb ¡gastrocnemius/soleus ¡m.) ¡

Histology ¡

• 5 ¡μm ¡thick, ¡Choline-­‑

acetyltransferase ¡(ChAT) ¡ stained ¡for ¡motor ¡axon ¡ counts ¡at ¡10X ¡ Immunohistochemistry ¡ Toluidine ¡Blue ¡

• 1 ¡μm ¡thick ¡sec;ons ¡
• Axon ¡count, ¡density ¡

and ¡diameter ¡at ¡40X ¡

Diffusion ¡Tensor ¡Imaging ¡(DTI) ¡

• Common ¡tool ¡used ¡in ¡

evalua;on ¡of ¡CNS; ¡emerging ¡ MRI ¡technique ¡for ¡PNS. ¡

• Relies ¡on ¡diffusion ¡of ¡water ¡

molecules ¡within ¡;ssue. ¡

• Frac;onal ¡anisotropy, ¡axial ¡

and ¡radial ¡diffusivity, ¡and ¡ tractography ¡data ¡obtained. ¡

Lehmann HC, Zhang J, Mori S, Sheikh KA. Diffusion tensor imaging to assess axonal regeneration in peripheral nerves. Exp Neurol. 2010;223(1):238-44. Sheikh KA. Non-invasive imaging of nerve regeneration. Exp Neurol. 2010;223(1):72-6.

Results: ¡Behavior ¡studies ¡

Foot Fault SFI

• ­‑120 ¡
• ­‑100 ¡
• ­‑80 ¡
• ­‑60 ¡
• ­‑40 ¡
• ­‑20 ¡

0 ¡ 20 ¡ 72 ¡ hours ¡ 1 ¡week ¡ 2 ¡ weeks ¡ 3 ¡ weeks ¡ 4 ¡ weeks ¡ 5 ¡ weeks ¡ 6 ¡ weeks ¡ Scia5c ¡Func5on ¡Index ¡Score ¡ Postopera5ve ¡Time ¡ Sham ¡ Normal ¡Orienta;on ¡ Reverse ¡Orienta;on ¡

• ­‑35 ¡
• ­‑30 ¡
• ­‑25 ¡
• ­‑20 ¡
• ­‑15 ¡
• ­‑10 ¡
• ­‑5 ¡

0 ¡ 5 ¡ 72 ¡ hours ¡ 1 ¡week ¡ 2 ¡ weeks ¡ 3 ¡ weeks ¡ 4 ¡ weeks ¡ 5 ¡ weeks ¡ 6 ¡ weeks ¡ Foot ¡Fault ¡Score ¡

*No ¡difference ¡in ¡FF ¡or ¡SFI ¡between ¡normal ¡and ¡reverse ¡autogra9s ¡ ¡

Postopera5ve ¡Time ¡

Results: ¡Muscle ¡Net ¡Weight ¡

0.02 ¡ 1.33 ¡ 1.36 ¡

0 ¡ 0.2 ¡ 0.4 ¡ 0.6 ¡ 0.8 ¡ 1 ¡ 1.2 ¡ 1.4 ¡ 1.6 ¡

Sham ¡ Normal ¡Orienta5on ¡ Reverse ¡Orienta5on ¡ Weight ¡(gm) ¡ Sham ¡ Normal ¡Orienta;on ¡ Reverse ¡Orienta;on ¡

*No ¡difference ¡between ¡ ¡autogra9 ¡groups ¡

Results: ¡Motor ¡IHC ¡

Proximal Graft Distal

Sham Normal Orientation Reverse Orientation

0 ¡ 200 ¡ 400 ¡ 600 ¡ 800 ¡ 1000 ¡ 1200 ¡ 1400 ¡ 1600 ¡ Proximal ¡ Gra2 ¡ Distal ¡

Motor ¡Axon ¡Count ¡ Nerve ¡Segment ¡

Sham ¡ Normal ¡ Orienta;on ¡ Reverse ¡ Orienta;on ¡

*No ¡difference ¡in ¡motor ¡axon ¡count ¡between ¡ normal ¡and ¡reverse ¡autogra9s ¡at ¡any ¡nerve ¡segment ¡ ¡

Results: ¡Toluidine ¡Blue ¡

Graft Distal

Sham Normal Orientation Reverse Orientation

6778 ¡ 8630 ¡ 8429 ¡ 6778 ¡ 7547 ¡ 7668 ¡

0 ¡ 5000 ¡ 10000 ¡ Axon ¡Counts ¡

6655 ¡ 7739 ¡ 7429 ¡ 6655 ¡ 5812 ¡ 5905 ¡

0 ¡ 2000 ¡ 4000 ¡ 6000 ¡ 8000 ¡ 10000 ¡ Axon ¡Density ¡ (axons/mm2) ¡

8.74 ¡ 5.16 ¡ 5.09 ¡ 8.74 ¡ 3.51 ¡ 3.92 ¡

0 ¡ 5 ¡ 10 ¡ Axon ¡Diameter ¡ (μm) ¡ *No ¡difference ¡in ¡axon ¡count, ¡density ¡or ¡diameter ¡between ¡normal ¡and ¡reverse ¡ autogra9s ¡within ¡and ¡distal ¡to ¡the ¡autogra9 ¡

Results: ¡DTI ¡

*No ¡difference ¡in ¡FA, ¡AD, ¡RD ¡between ¡normal ¡and ¡reverse ¡autogra9s ¡ ¡at ¡any ¡nerve ¡segment ¡

Comparison ¡of ¡DTI ¡parameters ¡between ¡normal ¡and ¡reverse ¡autogra2s ¡at ¡all ¡nerve ¡segments ¡

Proximo-­‑distal ¡axonal ¡growth ¡demonstrated ¡ ¡in ¡normal ¡and ¡reverse ¡autogra9s ¡ Sham Normal Reverse

Conclusion ¡

• Nerve ¡regenera;on ¡was ¡similar ¡in ¡reverse-­‑ ¡and ¡

normal-­‑oriented ¡autograIs. ¡

• AutograI ¡polarity ¡may ¡not ¡influence ¡nerve ¡

regenera;ve ¡outcomes. ¡

• Nerve ¡repairs ¡u;lizing ¡non-­‑branched ¡autograIs ¡

should ¡be ¡performed ¡using ¡principles ¡(i.e. ¡best ¡ fascicular ¡alignment) ¡other ¡than ¡orienta;on ¡to ¡ maximize ¡regenera;on. ¡ ¡