Influence of mesenchymal stem therapy on the behavior of the process of sam-rats with brain injury

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Current research suggests the potential use of mesenchymal stem cells (MSCs) in the treatment of brain injuries. Intravenous administration of MSCs to adult rats with brain injury leads to the restoration of behavioral and neurological status and helps to normalize maternal behavior. In this work, it was shown that a single transplantation of syngeneic mesenchymal stem cells (5 mln) into the bloodstream of female rats with motor deficiency has a corrective effect on the behavior of their offspring: it prevents the development of violations of research and locomotor behavior in the Open Field test and reduces emotional disorders.

About the authors

Tatyana V. Avaliani

Institute of Experimental Medicine

Author for correspondence.
Email: tanaavaleeani@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0342-3810
SPIN-code: 3743-1169
Scopus Author ID: 6603540155

Candidate of Biological Sciences, Senior Researcher at the Laboratory of Psychophysiology of Emotion at the Physiological Department named after I.P. Pavlov

Russian Federation, Saint Petersburg

Olga R. Fedotova

Institute of Experimental Medicine

Email: fedot2003@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5894-8393
SPIN-code: 8181-1830

Researcher at the Laboratory of Psychophysiology of Emotion at the Physiological Department named after I.P. Pavlov

Russian Federation, Saint Petersburg

Sergey G. Tsikunov

Institute of Experimental Medicine

Email: secikunov@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-7097-1940
SPIN-code: 7771-1940
Scopus Author ID: 6506948997
ResearcherId: E-6273-2014

Doctor of Medical Sciences, Professor, Head of the Laboratory of Psychophysiology of Emotion at the Physiological Department named after I.P. Pavlov

Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Авалиани Т.В., Чеботарь Н.А. Полиненасыщенные жирные кислоты уменьшают индуцированные патологические нарушения у крысят // Журнал эволюционной биохимии и физиологии. – 2002. – Т. 38. – № 1. – С. 62–65. [Avaliani TV, Chebotar’ NA. Polyunsaturated fatty acids reduce induced pathological disorders in rat pups. Zh Evol Biokhim Fiziol. 2002;38(1):62-65. (In Russ.)]
  2. Авалиани Т.В., Абдаладзе Н.С., Лазаренко Н.С., Клименко В.М. Полиненасыщенные жирные кислоты предотвращают развитие локомоторных нарушений, вызванных изменением нейрогуморального фона у крысят // Онтогенез. – 2010. – Т. 41. – № 3. – С. 221–227. [Avaliani TV, Abdaladze NS, Lazarenko NS, Klimenko VM. Polyunsaturated fatty acids prevent the development of locomotor disorders caused by changes in the neurohumoral background in rat pups. Ontogenez. 2010;41(3):221-227. (In Russ.)]
  3. Абдаладзе Н.С, Авалиани Т.В., Цикунов С.Г. Протекция неврологических нарушений у новорожденных Омега-3 полиненасыщенными жирными кислотами // Педиатр. – 2014. – Т. 5. – № 3. – С. 75–82. [Abdaladze NS, Avaliani TV, Tsikunov SG. Protection of the neurological dysfunctions of newborn by omega-3 acids. Pediatrician (St. Petersburg). 2014;5(3):75-82. (In Russ.)]
  4. Sanchez-Ramos J, Song S, Cardozo-Pelaez F, et al. Adult bone marrow stromal cells differentiate into neural cells in vitro. Exp Neurol. 2000;164(2):247-256. https://doi.org/10.1006/exnr.2000.7389.
  5. Woodbury D, Schwarz EJ, Prockop DJ, Black IB. Adult rat and human bone marrow stromal cells differentiate into neurons. J Neurosci Res. 2000;61(4):364-370. https://doi.org/10.1002/1097-4547(20000815)61:4<364::AID-JNR2>3.0.CO;2-C.
  6. Авалиани Т.В., Федотова О.Р., Соколова И.Б., Цикунов С.Г. Коррекция моторного дефицита мезенхимными стволовыми клетками у крыс с травмой доминантного полушария // Сборник статей Всероссийской конференции «Современные направления в исследовании функциональной межполушарной асимметрии и пластичности мозга»; Москва, 2–3 декабря 2010 г. – М., 2010. – С. 3–6. [Avaliani TV, Fedotova OR, Sokolova IB, Tsikunov SG Korrektsiya motornogo defitsita mezenkhimnymi stvolovymi kletkami u krys s travmoy dominantnogo polushariya. In: Procedings of the All-Russian conference “Sovremennye napravleniya v issledovanii funktsional’noy mezhpolusharnoy asimmetrii i plastichnosti mozga”; Moscow, 2-3 Dec 2010. Moscow; 2010. P. 3-6. (In Russ.)]
  7. Половников Е.В., Ступак В.В., Самохин А.Г., и др. Влияние мезенхимных стромальных клеток костного мозга и жировой ткани человека на эффективность восстановления неврологического дефицита в модели черепно-мозговой травмы у крыс // Бюллетень ВСНЦ СО РАМН. – 2012. – № 3-2. – С. 301–304. [Polovnikov EV, Stupak VV, Samokhin AG, et al. Human bone marrow and adipose tissue derived mesenchymal stromal cell influence on neurological deficit recovery in a model of severe traumatic brain injury in rats. Bulletin of Eastern-Siberian Scientific Center. 2012;(3-2):301-304. (In Russ.)]
  8. Григорян А.С., Гилерович Е.Г., Павличенко Н.Н., и др. Влияние трансплантации мезенхимальных стволовых клеток на сохранность нейронов и развитие глиального рубца в головном мозге крыс, перенесших тяжелую черепно-мозговую травму // Клеточные технологии в биологии и медицине. – 2010. – № 4. – С. 233–237. [Grigoryan AS, Gilerovich EG, Pavlichenko NN, et al. Vliyanie transplantatsii mezenkhimal’nykh stvolovykh kletok na sokhrannost’ neyronov i razvitiya glial’nogo rubtsa v golovnom mozge krys, perenesshikh tyazheluyu cherepno-mozgovuyu travmu. Kletochnye tekhnologii v biologii i meditsine. 2010;(4):233-237. (In Russ.)]
  9. Lu J, Moochhala S, Moore XL, et al. Adult bone marrow cells differentiate into neural phenotypes and improve functional recovery in rats following traumatic brain injury. Neurosci Lett. 2006;398(1-2):12-17. https://doi.org/10.1016/j.neulet.2005.12.053.
  10. Авалиани Т.В., Федотова О.Р., Лазаренко Н.С. Влияние измененной материнской среды на поведение потомства // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. – 2005. – Т. 91. – № 11. – С. 1329–1337. [Avaliani TV, Fedotova OR, Lazarenko NS. Vliyanie izmenennoy materinskoy sredy na povedenie potomstva. Russian journal of physiology. 2005;91(11):1329-1337. (In Russ.)]
  11. Авалиани Т.В., Константинов К.В., Сизов В.В., Цикунов С.Г. Особенности пространственно-временной организации биоэлектрической активности мозга у потомства от крыс с латерализованной травмой мозга // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. – 2013. – Т. 99. – № 10. – С. 1149–1159. [Avaliani TV, Konstantinov KV, Sizov VV, Tsikunov SG. Features of an existential organization of a bioelectric activity of the brain at posterity from rats with a lateral injury of the brain. Russian journal of physiology. 2013;99(10):1149-1159. (In Russ.)
  12. Огурцов Р.П., Авалиани Т.В., Пузырева В.П., и др. Унилатеральное повреждение сенсомоторной коры доминантного или субдоминантного полушария у самок крыс Вистар определяет неврологический и иммунный статус потомства // Доклады Академии наук. – 2004. – Т. 399. – № 4. – С. 563–566. [Ogurtsov RP, Avaliani TV, Puzyreva VP, et al. Unilateral injury of the sensorimotor cortex of the dominant or subdominant hemisphere in female Wistar rats determines the neurological and immune statuses of their offspring. Dokl Akad Nauk. 2004;399(4):563-566. (In Russ.)]
  13. Белошицкий В.В. Современные принципы моделирования черепно-мозговой травмы в эксперименте // Нейронауки: теоретические и клинические аспекты. – 2005. – Т. 1. – № 1. – С. 81–87. [Beloshitskiy VV. Sovremennye printsipy modelirovaniya cherepno-mozgovoy travmy v eksperimente. Neyronauki: teoreticheskie i klinicheskie aspekty. 2005;1(1):81-87.
  14. Соколова И.Б., Зинькова Н.Н., Билибина А.А., и др. Возможности применения клеточной терапии при лечении ишемического инсульта в эксперименте // Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. – 2007. – Т. 2. – № 4. – С. 54–62. [Sokolova IB, Zin’kova NN, Bilibina AA, et al Cellular therapy potential in the treatment of ischemic stroke in experiment. Cellular transplantology and tissue engineering. 2007;2(4):54-62. (In Russ.)]
  15. Петров Е.С. Изучение нейробиологических основ сложных безусловных рефлексов в Физиологическом отделе им. И.П. Павлова: итоги последних лет // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. – 1990. – Т. 76. – № 12. – С. 1669–1681. [Petrov ES. Izuchenie neyrobiologicheskikh osnov slozhnykh bezuslovnykh refleksov v Fiziologicheskom otdele im. I.P. Pavlova: itogi poslednikh let. Russian journal of physiology. 1990;76(12):1669-1681. (In Russ.)]
  16. Цыб А.Ф., Рошаль Л.М., Коноплянников А.Г., и др. Оценка психофизиологического состояния крыс после черепно-мозговой травмы и системной трансплантации мезенхимальных стволовых клеток // Клеточные технологии в биологии и медицине. – 2007. – № 2. – С. 104–108. [Tsyb AF, Roshal LM, Konoplyannikov AG, et al. Otsenka psikhofiziologicheskogo sostoyaniya krys posle cherepno-mozgovoy travmy i sistemnoy transplantatsii mezenkhimal’nykh stvolovykh kletok. Kletochnye tekhnologii v biologii i meditsine. 2007;(2):104-108. (In Russ.)]
  17. Цыб А.Ф., Рошаль Л.М., Южаков В.В. и др. Морфофункциональное изучение терапевтического эффекта аутологичных мезенхимальных стволовых клеток при экспериментальной диффузной травме головного мозга крыс // Клеточные технологии в биологии и медицине. – 2006. – № 3. – С. 157–165. [Tsyb AF, Roshal LM, Yuzhakov VV, et al. Morfofunktsional’noe izuchenie terapevticheskogo effekta autologichnykh mezenkhimal’nykh stvolovykh kletok pri eksperimental’noy diffuznoy travme golovnogo mozga krys. Kletochnye tekhnologii v biologii i meditsine. 2006;(3):157-165. (In Russ.)]
  18. Соколова И.Б., Полынцев Д.Г. Эффективность применения мезенхимных стволовых клеток для улучшения микроциркуляции в коре головного мозга спонтанно гипертензивных крыс // Цитология. – 2017. – Т. 59. – № 4. – С. 279–284. [Sokolova IB, Polyntsev DG. Efficacy of mesenchymal stem cells used for the improvement cerebral microcirculation in spontaneously hypertensive rats. Cell and tissue biology. 2017;59(4):279-284. (In Russ.)]
  19. Chen KH, Chen CH, Wallace CG, et al. Intravenous administration of xenogenic adipo-derived mesenchymal stem cells (ADMSC) and ADMSC-derived exosomes markedly reduced brain infarct volume and preserved neurological function in rat after acute ischemic stroke. Oncotarget. 2016;7(46):74537-74556. https://doi.org/10.18632/oncotarget.12902.
  20. Zhang Y, Yao H. Potential therapeutic mechanism and tracking of transplanted stem cells: implications for stroke treatment. Stem Cells Int. 2017;2017:2707082. https://doi.org/10.1155/2017/2707082.
  21. Cho YH, Kim HS, Lee KH, et al. The behavioral effect of human mesenchymal stem cell transplantation in cold brain injured rats. Acta Neurochir Suppl. 2006;99:125-132. https://doi.org/10.1007/978-3-211-35205-2_24.
  22. Соколова И.Б., Федотова О.Р., Цикунов С.Г., Полынцев Д.Г. Восстановление ориентировочно-исследовательского поведения крыс после травмы головного мозга с помощью мезенхимных стволовых клеток // Клеточные технологии в биологии и медицине. – 2011. – № 1. – С. 26–28. [Sokolova IB, Fedotova OR, Tsikunov SG, Polyntsev DG. Mesenchymal stem cells restore orientation and exploratory behavior of rats after brain injury. Kletochnye tekhnologii v biologii i meditsine. 2011;(1):26-28. (In Russ.)]
  23. Плюснина И.З., Таранцев И.Г., Булушев Е.Д., и др. Анализ материнского поведения у ручных и агрессивных серых крыс // Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. – 2013. – Т. 63. – № 3. – С. 375–383. [Plyusnina IZ, Tarantsev IG, Bulushev ED, et al. Analiz materinskogo povedeniya u ruchnykh i agressivnykh serykh krys. Zh Vyssh Nerv Deiat Im I P Pavlova. 2013;63(3):375-383. (In Russ.)]. https://doi.org/10.7868/S004446771303009X.
  24. Абдаладзе Н.С. Моделирование и коррекция психомоторных расстройств новорожденных: Дис. ... канд. мед наук. – СПб., 2011. [Abdaladze NS. Modelirovanie i korrektsiya psikhomotornykh rasstroystv novorozhdennykh. [dissertation] Saint Petersburg; 2011. (In Russ.)]

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Graphs of behavior of one-month-old rats in the open field test: обн — sniffing, лок — locomotion, ст. у — stand with support, гр. — grooming, сид — sitting, верт — vertical stand, фриз — freezing, двм — moving in place; норк — hole; R is the radius of the circle; dashed line — probability of occurrence of acts; line thickness — the probability of the transition of some acts to others; MSCs — mesenchymal stem cells

Download (216KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. The behavior of the control and experimental one-month-old rats: 1 — number of acts; 2 — duration of the act. Designations: лок — locomotion, обн — sniffing, двм — movement in place, гр. — grooming, ст. у — stand with support, верт — vertical stand, норк — hole, сид — sitting; * p ≤ 0.05 — significance level compared to control; # p ≤ 0.05 — significance level compared with the trauma group; MSCs — mesenchymal stem cells

Download (134KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2020 Avaliani T.V., Fedotova O.R., Tsikunov S.G.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».