Hyaluronic acid-based scaffolds for repair strategies after spinal cord injury: A

behavioral study

1The University of Texas at Austin, Department of Biomedical Engineering

2The University of Texas at Austin, Department of Psychology

Zin Z. Khaing1, Sydney A. Geissler1, Sandra V. Aguilar1, Timothy Schallert2 and Christine E. Schmidt1

Hyaluronic Acid (HA)

Extracellular and cell surface-associated Highly viscous and hydrophilic Can modulate cell behavior 

(development, inflammation axonal growth) Vital role in scar-free wound healing

Other ApplicationsDermal Filler (Restylane®), Adhesion Barrier (Seprafilm®)

Hyaluronic Acid Materials

Images from healon.com and synvisc.com

Vitreous substitute (Healon®) Viscosupplementation (Synvisc®)

In Our Group

After Acute Spinal Cord Injury

Cell death Axonal damage Local hemorrhage Inflammation and edema

Acute Phase 

Sub-acute Phase 

Expansion of injured area during secondary phaseActivation of microglia and macrophagesAstrocyte activationScar formation (involve fibroblasts, meningial cells, infiltrating progenitors and astrocytes)

 production of glial scar including CSPGs

HA after SCIPrevious studies from our lab showed that the presence of high

MW HA hydrogel can

Limit macrophage and microglia infiltration after SCI

Limit astrocyte response in vivo and astrocyte proliferation in vitro

Can alter the amount of CSPG deposition

Support axonal outgrowth after SCI

HA hydrogels after SCISpinal Cord Injury Model: Cervical lateral hemisection at 

C3/C4The most clinically relevant model (63% of human SCI are at the cervical level)Rodents mainly use their forelimbs, therefore, behavioral deficits and improvements can be assessed more readily in an accurate manner

Hydrogels Used:  GMHA, LN/GMHA, LN/gelfoam, gelfoam, and laminectomy (n=6 in each group)

Analysis:  (a) Behavioral(b) Histological

Behavioral Tests1. Forelimb Locomotor Score (FLS)  General forelimb usage during locomotion will be scored. Non-linear scale from 0-17.

2. Cylinder Forelimb exploration will be assessed. The numbers of forelimb contacts   (left, right, and both) with the cylinder walls 

were counted and expressed as a percentage of total placements. 

3. Forelimb placing Forelimb placing tests response to sensorimotor/proprioceptive detection of 

edge of table with capacity vibrissae (whiskers)

4. Adhesive removal (Sensory bias) Small adhesive backed (sticky) labels are placed on the distal–radial aspect of 

both forelimbs   Contact and removal times are recorded  Tests preference for responding sensory stimuli as well as motor coordination

Forelimb Function

Pre-op3 day

1 week

2 week

4 week

6 week

8 week

10 week

12 week

02468

1012141618

FLS

Sham SurgeryLesioned 

FLS

Scor

e

Pre-op3 day

1 week

2 week

4 week

6 week

8 week

10 week

12 week

02468

1012141618

Title

Sham SurgeryLesioned Al-ternatorsLesioned Non-alternatorsFL

S Sc

ore

(1-1

7)

Pre-op

3 day 1 week

2 week

4 week

6 week

8 week

10 week

12 week

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

FLS raw scores, Lesioned Forelimb

Sham Surgery

SCI + gelfoam

SCI + HA Gel 

SCI+ HA/LN Gel 

SCI + LN soaked gelfoam 

FLS

Scor

e (0

-17)

Behavioral Tests1. Forelimb Locomotor Score (FLS)  General forelimb usage during locomotion will be scored. Non-linear scale from 0-17.

2. Cylinder Forelimb exploration will be assessed. The numbers of forelimb contacts   (left, right, and both) with the cylinder walls 

were counted and expressed as a percentage of total placements. 

3. Forelimb placing Forelimb placing tests response to sensorimotor/proprioceptive detection of 

edge of table with capacity vibrissae (whiskers)

4. Adhesive removal (Sensory bias) Small adhesive backed (sticky) labels are placed on the distal–radial aspect of 

both forelimbs   Contact and removal times are recorded  Tests preference for responding sensory stimuli as well as motor coordination

Cylinder Height

• LN-soaked gelfoam implants showed the most improved behavior

Pre-o

p3-d

ay

1-week

2-week

3-week

4-week

5-week

6-week

7-week

8-week

9-week

10-week

11-week

0123456789

Cylinder Height, Right Paw

Sham SurgerySCI + gelfoamSCI + HA GelSCI + HA/LN GelSCI + LN soaked gelfoam

Hei

ght

of R

each

Paw Preference (Cylinder) 

• Implanted animals showed some increase in affected limb usage at 12 week post surgery. 

Percent Right Percent Left Percent Right Percent Left Percent Right Percent LeftPre-surgery At 2 weeks At 12 weeks

0

20

40

60

80

100

120

Sham SurgerySCI + gelfoamSCI + HA gelSCI + HA/LN gelSCI + LN/gelfoam

Perc

ent L

imb

Usag

e

Behavioral Tests1. Forelimb Locomotor Score (FLS)  General forelimb usage during locomotion will be scored. Non-linear scale from 0-17.

2. Cylinder Forelimb exploration will be assessed. The numbers of forelimb contacts   (left, right, and both) with the cylinder walls 

were counted and expressed as a percentage of total placements. 

3. Forelimb placing Forelimb placing tests response to sensorimotor/proprioceptive detection of 

edge of table with capacity vibrissae (whiskers)

4. Adhesive removal (Sensory bias) Small adhesive backed (sticky) labels are placed on the distal–radial aspect of 

both forelimbs   Contact and removal times are recorded  Tests preference for responding sensory stimuli as well as motor coordination

Chronic (Ipsi-lesion)

Chronic (Contra-lesion)

0

1

2

3

4

Vibrissae-induced Placing

Sham SurgeryLesioned AlternatorsLesioned Non-alternators

Scor

e (0

-4)

Acknowledgements

Dr. Christine Schmidt Sydney GeisslerEntire Schmidt lab

CollaboratorsDr. Timothy Schallert, UT-Austin Raymond Grill, UT-Houston Supported By

Texas Paralysis FoundationDavid Van Wagner Foundation

Gillson Longenbough Foundation

Thank You!