Влияние глиальных клеток предшественников на восстановление сенсомоторного дефицита у крыс после травмы головного мозга
- Авторы: Судьина А.К1, Иванов М.Э2, Юрин А.М2, Макаров А.В3, Фатхудинов Т.Х4, Гольдштейн Д.В1, Салихова Д.И4
-
Учреждения:
- Медикогенетический научный центр им. Н.П. Бочкова
- Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
- Российский Национальный Исследовательский Медицинский Университет им. Н.И. Пирогова
- НИИ морфологии человека имени академика А.П. Авцына ФГБНУ «РНЦХ им. акад. Б.В. Петровского»
- Выпуск: Том 28, № 3 (2024): ФИЗИОЛОГИЯ. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ
- Страницы: 319-330
- Раздел: ФИЗИОЛОГИЯ. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ
- URL: https://journals.rcsi.science/2313-0245/article/view/319747
- DOI: https://doi.org/10.22363/2313-0245-2024-28-3-319-330
- EDN: https://elibrary.ru/BKZHLL
- ID: 319747
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Актуальность. Поиск новых методов эффективной терапии черепно-мозговой травмы является одной из важных задач современной биомедицины. Одним из многообещающих подходов лечения черепно-мозговой травмы является клеточная терапия. Целью работы является исследование терапевтического эффекта глиальных клеток-предшественников, полученных из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, на экспериментальной модели черепно-мозговой травмы. Материалы и методы. Моделирование черепно-мозговой травмы проводили на самцах половозрелых крыс линии Wistar. Терапевтической группе однократно вводили 750*103 кл/мл глиальных клеток-предшественников объемом 1 мл, группе контроля вводили 1 мл фосфатно-солевого буфера. Введение проводили внутриартериально через 24 часа после травмы. Для анализа терапевтической эффективности проводили МРТ-исследование на 14 сутки, а также тест «Постановка конечности на опору» на 1, 3, 7 и 14 сутки. Клетки глиальных клеток-предшественников окрашивали липофильным красителем PKH26 (Sigma, США), водили 1 мл крысам с черепно-мозговой травмой (750*103 клеток/мл), затем проводили гистологическое исследование на 1, 3 и 7 сутки после введения с целью оценки миграции и распространения клеток в тканях головного мозга животных. Измерения объема очага травмы и подсчет количества PKH26-окрашенных клеток проводили с использованием программы ImageJ (Wayne Rasband, Национальный институт психического здоровья, Бетесда, Мэриленд, США). Для статистической обработки использовали программу GraphPad Prism 8.2.0 (GraphPad Software, Inc., США). Результаты и обсуждение. Введение ГКП приводило к снижению объема очага. По сравнению с контрольной группой наблюдалось существенное уменьшение сенсомоторного дефицита на 3, 7 и 14 сутки после травмы. Внутриартериальное введение приводило к успешной доставке глиальных клеток-предшественников в ткани головного мозга. На 1 сутки после введения в коре головного мозга, гиппокампе и стриатуме выявлялись клетки. На 3 и 7 сутки после введения клетки не обнаруживались. Выводы. Внутриартериальное введение глиальных клеток-предшественников приводит к эффективной миграции клеток в ткани головного мозга. Клеточная терапия глиальными клетками-предшественниками способствует процессам нейровосстановления после черепно-мозговой травмы. Данная терапия является многообещающим методом лечения черепно-мозговой травмы.
Ключевые слова
Об авторах
А. К Судьина
Медикогенетический научный центр им. Н.П. Бочкова
Email: nastyasudina@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-3531-7684
SPIN-код: 5225-7878
г. Москва, Российская Федерация
М. Э Иванов
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Email: nastyasudina@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5010-3919
SPIN-код: 8333-9897
г. Москва, Российская Федерация
А. М Юрин
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Email: nastyasudina@gmail.com
ORCID iD: 0009-0000-9909-0971
г. Москва, Российская Федерация
А. В Макаров
Российский Национальный Исследовательский Медицинский Университет им. Н.И. Пирогова
Email: nastyasudina@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5847-567X
SPIN-код: 3534-3764
г. Москва, Российская Федерация
Т. Х Фатхудинов
НИИ морфологии человека имени академика А.П. Авцына ФГБНУ «РНЦХ им. акад. Б.В. Петровского»
Email: nastyasudina@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-6498-5764
SPIN-код: 7919-8430
г. Москва, Российская Федерация
Д. В Гольдштейн
Медикогенетический научный центр им. Н.П. Бочкова
Email: nastyasudina@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-2438-1605
SPIN-код: 7714-9099
г. Москва, Российская Федерация
Д. И Салихова
НИИ морфологии человека имени академика А.П. Авцына ФГБНУ «РНЦХ им. акад. Б.В. Петровского»
Автор, ответственный за переписку.
Email: nastyasudina@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-7842-7635
SPIN-код: 1436-5027
г. Москва, Российская Федерация
Список литературы
- James SL, Theadom A, Ellenbogen RG, Bannick MS, Montjoy-Venning W, Lucchesi LR et al. Global, regional, and national burden of traumatic brain injury and spinal cord injury, 1990-2016: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2016. The Lancet. Neurology. 2019;18(1):56-87. doi: 10.1016/S1474-4422(18)30415-0
- Dewan MC, Rattani A, Gupta S, Baticulon RE, Hung YC, Punchak M, Agrawal A, Adeleye AO, Shrime MG, Rubiano AM, Rosenfeld JV, Park KB. Estimating the global incidence of traumatic brain injury. Journal of Neurosurgery. 2019;130(4):1080-1097. doi: 10.3171/2017.10.JNS17352
- Zhou Y, Shao A, Xu W, Wu H, Deng Y. Advance of Stem Cell Treatment for Traumatic Brain Injury. Frontiers in Cellular Neuroscience. 2019;13:301. doi: 10.3389/fncel.2019.00301
- Shevelev OA, Smolensky AV, Petrova MV, Mengistu EM, Mengitsu AA, Vatsik-Gorodetskaya MV, Khanakhmedova UG, Menzhurenkova DN, Vesnin SG, Goryanin II. Diagnostics and prevention of sports-related traumatic brain injury complication. RUDN Journal of Medicine. 2023;27(2):254-264. doi: 10.22363/2313-0245-2023-27-2-254-264
- Wolf JA, Stys PK, Lusardi T, Meaney D, Smith DH. Traumatic Axonal Injury Induces Calcium Influx Modulated by Tetrodotoxin-Sensitive Sodium Channels. The Journal of Neuroscience. 2001;21(6):1923-1930. doi: 10.1523/JNEUROSCI.21-06-01923.2001
- Barkhoudarian G, Hovda DA, Giza CC. The Molecular Pathophysiology of Concussive Brain Injury - an Update. Physical medicine and rehabilitation of North America. 2016;27(2):373-393. doi: 10.1016/j.pmr.2016.01.003
- Jackson ML, Srivastava AK, Cox CS. Preclinical progenitor cell therapy in traumatic brain injury: a meta-analysis. The Journal of Surgical Research. 2017;214:38-48. doi: 10.1016/j.jss.2017.02.078
- Eriksson PS, Perfilieva E, Björk-Eriksson T, Alborn AM, Nordborg C, Peterson DA, Gage FH. Neurogenesis in the adult human hippocampus. Nature Medicine. 1998;4(11):1313-1317. doi: 10.1038/3305
- Gould E, Gross CG. Neurogenesis in Adult Mammals: Some Progress and Problems. The Journal of Neuroscience. 2002;22(3):619-623. doi: 10.1523/JNEUROSCI.22-03-00619.2002
- Goldman SA, Nedergaard M, Windrem MS. Glial progenitor cell-based treatment and modeling of neurological disease. Science. 2012;338(6106):491-495. doi: 10.1126/science.1218071.
- Llorente IL, Xie Y, Hatanaka EA, Cinkornpumin J, Miller DR, Lin Y, Lowry WE, Carmichael ST. Patient-derivived glial enriched progenitors repair functional deficits due to white matter stroke and vascular dementia in rodents. Science translational medicine. 2021;13(590):1-18. doi: 10.1126/scitranslmed.aaz6747
- Porambo M, Phillips AW, Marx J, Ternes K, Arauz E, Pletnikov M, Wilson MA, Rothstein JD, Johnston MV, Fatemi A. Transplanted glial restricted precursor cells improve neurobehavioral and neuropathological outcomes in a mouse model of neonatal white matter injury despite limited cell survival. Glia. 2015;63(3):452-465. doi: 10.1002/glia.22764
- Muir KW, Bulters D, Willmot M, Sprigg N, Dixit A, Ward N, Tyrrell P, Majid A, Dunn L, Bath P, Howell J, Stroemer P, Pollock K, Sinden J. Intracerebral implantation of human neural stem cells and motor recovery after stroke: multicentre prospective single-arm study (PISCES-2). Journal of Neurology, Neurosurgery and Psychiatry. 2020;91(4):396-401. doi: 10.1136/jnnp-2019-322515
- Cherkashova E, Namestnikova D, Leonov G, Gubskiy I, Sukhinich K, Melnikov P, Chekhonin V, Yarygin K, Goldshtein D, Salikhova D. Comparative study of the efficacy of intra-arterial and intravenous transplantation of human induced pluripotent stem cells-derived neural progenitor cells in experimental stroke. Peer J. 2023;11:16358. doi: 10.7717/peerj.16358
- Namestnikova DD, Gubskiy IL, Salikhova DI, Leonov GE, Sukhinich KK, Melnikov PA, Vishnevskiy DA, Cherkasova EA, Gabashvili AN, Bukharova TB, Burunova VV, Fatkhudinov TKh, Chekhonin VP, Gubsky LV, Kiselev SL, Goldstein DV, Yarygin KN. Therapeutic efficacy of intra-arterial administration of induced pluripotent stem cells-derived neural progenitor cells in acute experimental ischemic stroke in rats. Russian Journal of Transplantology and Artificial Organs. 2019;21(1):153-164. doi: 10.15825/1995-1191-2019-1-153-164 (In Russian).
- Salikhova D, Bukharova T, Cherkashova E, Namestnikova D, Leonov G, Nikitina M, Gubskiy I, Akopyan G, Elchaninov A, Midiber K, Bulatenko N, Mokrousova V, Makarov A, Yarygin K, Chekhonin V, Mikhaleva L, Fatkhudinov T, Goldshtein D. Therapeutic Effects of hiPSC-Derived Glial and Neuronal Progenitor Cells-Conditioned Medium in Experimental Ischemic Stroke in Rats. International Journal of Molecular Sciences. 2021;22(9):4694. doi: 10.3390/ijms22094694
- Ma X, Aravind A, Pfister BJ, Chandra N, Haorah J. Animal Models of Traumatic Brain Injury and Assessment of Injury Severity. Molecular Neurobiology. 2019;56(8):5332-5345. doi: 10.1007/s12035-018-1454-5
- Chua JY, Pendharkar A V, Wang N, Choi R, Andres RH, Gaeta X, Zhang J, Moseley ME, Guzman R. Intra-Arterial Injection of Neural Stem Cells using a Microneedle Technique does not Cause Microembolic Strokes. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 2011;31(5):1263-1271. doi: 10.1038/jcbfm.2010.213
- Ryck MD, Reempts, Borgers M, Wauquier A, Janssen A. Photochemical stroke model: flunarizine prevents sensorimotor deficits after neocortical infarcts in rats. Stroke. 1989;20(10):1383-1390. doi: 10.1161/01.str.20.10.1383
- Salikhova DI, Golovicheva VV, Fatkhudinov TK, Shevtsova YA. Therapeutic Efficiency of Proteins Secreted by Glial Progenitor Cells in a Rat Model of Traumatic Brain Injury. International Journal of Molecular Sciences. 2023;24(15):12341. doi: 10.3390/ijms241512341
- Chopp M, Li Y. Treatment of neural injury with marrow stromal cells. The Lancet: Neurology. 2002;1(2):92-100. doi.org/10.1016/S1474-4422(02)00040-6
- Harrell CR, Volarevic A, Volaveric V. Therapeutic Effects of Mesenchymal Stem Cells on Cognitive Deficits. Handbook of Srem Cell Therapy. 2022;413-436. doi.org/10.1007/978-981-19-2655-6_15
- Lu D, Li Y, Wang L, Chen J, Mahmood A, Chopp M. Intraarterial Administration of Marrow Stromal Cells in a Rat Model of Traumatic Brain Injury. Journal of Neurotrauma. 2004;18(8):813-819. doi: 10.1089/089771501316919175
- Mahmood A, Lu D, Lu M, Chopp M. Treatment of traumatic brain injury in adult rats with intravenous administration of human bone marrow stromal cells. Neurosurgery. 2003;53(3):697-703. doi: 10.1227/01.neu.0000079333.61863.aa
- Silachev DN, Plotnikov EYu, Babenko VA, Danilina TI, Zorova LD, Pevzner IB, Zorov DB, Sukhikh GT. Intra-Arterial Administration of Multipotent Mesenchymal Stromal Cells Promotes Functional Recovery of the Brain After Traumatic Brain Injury. Bulletin of experimental biology and medicine. 2015;159(4):528-533. doi: 10.1007/s10517-015-3009-3 (In Russian).
- Harting M, Jimenez F, Xue H, Fischer UM, Baumgartner J, Dash PK, Cox CS. Intravenous mesenchymal stem cell therapy for traumatic brain injury. Journal of Neurosurgery. 2009;110(6):1189-1197. doi: 10.3171/2008.9.JNS08158
- Lundberg J, Södersten E, Sundström E, Le Blanc K, Andersson T, Hermanson O, Holmin S. Targeted intra-arterial transplantation of stem cells to the injured CNS is more effective than intravenous administration: engraftment is dependent on cell type and adhesion molecule expression. Cell Transplantation. 2012;21(1):333-43. doi: 10.3727/096368911X576036
- Bonilla C, Zurita M. Cell-based therapies for traumatic brain injury: therapeutic treatments and clinical trials. Biomedicines. 2021;9(6):669. doi: 10.3390/biomedicines9060669
- Carbonara M, Fossi F, Zoerle T, Ortolano F, Moro F, Pischiutta F, Rainer ER, Stocchetti N. Neuroprotection in traumatic brain injury: Mesenchymal stromal cells can potentially overcome some limitations of previous clinical trials. Frontiers in Neurology. 2018;24:9:885. doi: 10.3389/fneur.2018.00885
- Riess P, Zhang C, Saatman KE, Laurer HL, Longhi LG, Raghupathi R, Lenzlinger PM, Lifshitz J, Boockvar J, Neugebauer E, Snyder EY, McIntosh TK. Transplanted neural stem cells survive, differentiate, and improve neurological motor function after experimental traumatic brain injury. Neurosurgery. 2002;51(4)1043-1052. doi: 10.1097/00006123-200210000-00035
- Shindo T, Matsumoto Y, Wang Q, Nobuyuki K, Tamiya T, Nagao S. Differences in the neuronal survival, neuronal differentiation and neurological improvement after transplantation of neural stem cells between mild and severe experimental traumatic brain injury. The journal of medical investigation: JMI. 2006;53(1-2):42-51. doi: 10.2152/jmi.53.42
- Xiong LL, Hu Y, Zhang P, Zhang Z, Li LH, Gao GD, Zhou XF, Wang TH. Neural Stem Cell Transplantation Promotes Functional Recovery from Traumatic Brain Injury via Brain Derived Neurotrophic Factor-Mediated Neuroplasticity. Molecular Neurobiology. 2018;55(3):2696-2711. doi: 10.1007/s12035-017-0551-1
- Saboori M, Riazi A, Taji M, Yadegafar G. Traumatic Brain Injury and Stem Cell Treatments: A Review of Recent 10 Years Clinical Trials. Clinical neurology and neurosurgery. 2024;239:108219. doi: 10.1016/j.clineuro.2024.108219
- Cox CS, Juranek J, Bedi S. Clinical trials in traumatic brain injury: cellular therapy and outcome measures. Transfusion. 2019;59:858-868. doi: 10.1111/trf.14834
- Schepici G, Silvestro S, Bramanti P, Mazzon E. Traumatic brain injury and stem cells: An overview of clinical trials, the current treatments and future therapeutic approaches. Medicina (Kaunas). 2020;56(3):137. doi: 10.3390/medicina56030137
Дополнительные файлы
