Az idegi őssejtek integrálódásának újra értékelése súlyos gerincvelő-sérülést követően

Mark Tuszynskinak és mtsi-nak a Cell című folyóiratban megjelent cikkében (márciusi blogbejegyzés) bemutatott kísérletek fontosnak ítélt részeit megismételte Oswald Steward kutatócsoportja. A kísérlet megismétléséhez elhívták Paul Lu-t is, aki a műtéteket végezte és a Cell cikk első szerzője.

Felnőtt patkányok thorakális 3 (Th3) szegmentumát átvágták és 2 héttel később idegi őssejteket fibrin mátrix-szal és növekedési faktorokkal keverve a sérült szegmentumba transzplantáltak. Kontroll állatok esetében csak a Th3 gerincvelői szegmentumot vágták át. Ezt követően hetente vizsgálták a hátsó végtagok funkcióját. Kilenc héttel a sértést követően megvizsgálták a leszálló pályák regenerációját és a transzplantált sejtek (graft) integrálódását. Legtöbb esetben a grafton belül egy rés volt megfigyelhető, amely elválasztotta a graft rosztrális és kaudális részét egymástól. Egyes esetekben a rést hegszövet töltötte ki. A morfológiai vizsgálatok nem mutattak olyan nagymértékű axon kinövést a graftból, mint Tuszynskiék munkájában. Továbbá nem detektáltak jelentős graft innervációt a gazdaszövetből. A transzplantált és a kontroll csoportok funkcionális tesztjei között mért értékek között nem volt statisztikailag szignifikáns különbség. Ezekből az eredményekből Steward és mtsi. azt a következtetést vonták le, hogy erőteljes axon kinövés nem jellmezi a graftot és a transzplantált sejtek nem képeznek hídat a sértett szegmentum rostralis és caudalis végei között, mint ahogy azt Tuszynskiék bemutatják a Cell-ben megjelent cikkükben.

Exp Neurol. 2014 Apr 18. pii: S0014-4886(14)00110-1. doi: 10.1016/j.expneurol.2014.04.008. [Epub ahead of print]

A re-assessment of long distance growth and connectivity of neural stem cells after severe spinal cord injury.

Sharp KG¹, Yee KM¹, Steward O²

Lazac fibrin protektív hatása kísérletes patkány gerincvelői sérülést követően

A gerincvelői sérülések következménye, hogy a neuronok, oligodendrociták és asztrociták elpusztulnak a sértett szegmentumban/szegmentumokban. Ennek következtében a sérülés helyén gyakran jelentős nagyságú üreg képződik, amely nagymértékben gátolja a funkcionális regenerációt. Az egyik kísérletes megközelítés, hogy az üreget olyan "bioanyaggal" töltik fel, amely állványként szolgálva kitölti az üreget, gátolja a további károsodást és ösztönzi az axon regenerációt. Ilyen injektálható anyag a fibrin is, amely folyadék formájában juttatható az üregebe, ahol aztán megszilárdulva kitölti az üreget. Egyik hátránya az emlős vagy humán fibrinnek, hogy fertőzés kockázatát hordozza magában. Ugyanakkor a lazac fibrin egyik nagy előnye, hogy nem hordoz emlősre veszélyes fertőző ágenseket. Összehasonlítva a lazac, emlős és humán fibrin funkcionális felépülésre gyakorolt hatását elmondható, hogy azokban a patkányokban, amelyekbe lazac fibrint injektáltak jelentősen javult a mozgásszervi és hólyag funkció a sértést követően. A gliahegképződés mértéke és a lézió mérete ugyanakkor nem mutatott különbséget a csoportok között. Ezek a megfigyelések azt sugallják, hogy a lazac fibrin inkább protektív hatást gyakorol a sérült axonokra, mintsem előmozdítsa azok regenerációját.

A cikk elérhető az alábbi linken: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3437931/

Áttörés a sérült központi idegrendszer kutatásban?

A Cell nemzetközi folyóiratban jelent meg 2012. szeptember 14-én Mark Tuszynskinak és munkatársainak egy jelentős eredményeket bemutató közleménye. A tanulmányban leírják, hogy súlyos gerincvelő-sérülésen átesett patkányokba transzplantált patkány vagy humán neurális őssejtek képesek túlélni és axonjaikat több szegmenten át kiterjeszteni. 

A kutatók patkányok gerincvelőjét teljesen átvágták és 2 héttel a sértést követően az őssejteket növekedési faktorokat tartalmazó fibrin mátrixba ágyazva a sértés területére transzplantálták. A beültetett őssejtek neuronokká differenciálódtak és 10x hosszabb axonokat növesztettek, mint eddig bármilyen más tanulmányban. Fontos megemlíteni, hogy ezek az axonok funkcionális regenerációt is előidéztek. Ezen túlmenően a transzplantált sejtek kapcsolóként is közreműködtek. Ez azt jelenti, hogy az agyból érkező rostok szinaptikus kapcsolatokat alakítottak ki a transzplantált őssejt eredetű neuronokkal és azok továbbították az ingerületet az alsóbb gerincvelői szegmentumokba. Ezt elektrofiziológiai vizsgálatokkal bizonyították. A sértett szegmentumtól 4 szegmentummal feljebb stimulálták a gerincvelőt és a sértés alatt 3 szegmentummal regisztrálták az ingerlést. Annak igazolására, hogy tényleg az az új relék képződése felelős az ingerület továbbításáért, a gerincvelőt újra átvágva az implantátum fölött. A patkányok ezt követően elvesztették motoros funkciójukat.

A kísérleteket megismételték patkányokon humán neurális őssejtekkel is és pontosan ugyanazt az eredményt kapták, mint patkány neurális őssejtek esetében. 

A kutatók szerint a tanulmány világossá teszi, hogy a korai stádiumú neuronok képesek leküzdeni a felnőtt idegrendszerben jelenlévő gátló faktorokat és funkcionális regenerációt előidézni. 

http://www.cell.com/abstract/S0092-8674%2812%2901018-5?script=true

Miért nem pótolják az endogén neurális progenitor sejtek az elpuszult neuronokat sérült gerincvelőben?

Ismert az a tény, hogy felnőtt gerincvelőben is megtalálhatóak olyan neurális progenitor sejtek, amelyek expresszálnak az embrionális korban is kifejeződő transzkripciós faktorokat (Pax6, Ngn2, Nkx2.2, NeuroD1, Olig2, Mash1). Ezeket a faktorokat azok a sejtek fejezik ki, amelyekből később neuron vagy oligodendrocita differenciálódik. Azonban adódik a kérdés, hogy felnőtt sérült központi idegrendszerben, miért nem alakulnak ki neuronok, amelyek pótolhatnák az elpusztult idegsejteket?
Nakafuku és mtsi. erre a kérdésre adják meg a választ. Kísérleteikben patkány gerincvelőn transzekciót végeztek. A sértést követő 2., 3. és 7. napon megvizsgálták a Pax6, Pax7, Nkx2.2 és az Ng2 expresszióját. Az előbb említett faktorok expressziója megemelkedett 2 és 3 nappal a sértést követően, de a 7. napra csökkent a kifejeződésük. A transzkripciós faktorok főleg a parenchymában expresszálódtak nagy mennyiségben. Ezek az eredmények azt mutatják, hogy az endogén progenitor sejtek reagálnak a sértésre. Ennek ellenére mégsem jönnek létre új neuronok.
Az embrionális fejlődés alatt azok a sejtek, amelyekből neuronok jönnek létre expresszálnak Ngn2-t, Mash1-t és NeuroD1-t. Azonban a sértést követően felnőtt gerincvelőben nem expresszálódnak ezek a faktorok. Adódott a kérdés, miért nem? Megvizsgálták a Notch szignalizációs útvonalat. (Embrionális korban ez a szignalizációs útvonal szabályozza a neurogenezist.) A Notch szignalizációs útvonal aktiválódik sértett felnőtt gerincvelőben és gátolja a neurogenezist azáltal, hogy blokkolja az Ngn2 kifejeződését.
Konklúzióként elmondható, hogy a limitált endogén regenerációs kapacitása sérült gerincvelőnek nagyrészt a lokális környezetnek (Notch szignalizációs útvonal aktiválódása) köszönhető.  

Önszerveződő peptid molekulák és neurális őssejtek szinergikus hatásának vizsgálata patkány cervikális gerincvelői sérülést követően

Bár a neurális őssejtek / progenitor sejtek ígéretesnek mutatkoznak a traumás gerincvelő-sérülést követő funkcionális javulás előmozdításában, a hatékonyságuk tovább fokozható, ha önszerveződő peptidekkel együtt alkalmazzuk őket. Az önszerveződő peptidek (SAP) képesek az extracelluláris mátrixhoz hasonló struktúrát létrehozni és optimalizálják a poszt- traumatikus mikrokörnyezet.
A zúzódásos nyaki gerincvelősérülés kiváltását követő 14. napon neurális őssejteket és önszerveződő peptideket ültettek a sértett szakasz rosztrális és kaudális részére. 
Önmagában az önszerveződő peptidek vagy ezek neurális őssejtekkel együtt történő alkalmazása csökkentette az asztrocita reakciót a sértés környezetében. Továbbá a cisztikus területek nagysága is jelentősen csökkent a kezelés hatására, amelynek eredménye, hogy nagyobb arányban maradt meg fehérállomány a sértés területén.
Funkcionális tesztek során mért értékek is a peptidek és a neurális őssejtek jótékony hatását támasztották alá. Az önszerveződő peptidekkel  vagy önszerveződő peptidekkel + neurális őssejtekkel kezelt patkányok mellső végtagjaikat jobban használták, mint azok az állatok, amelyek nem kaptak kezelést a sértést követően.
Összességében elmondható, hogy az alkalmazott peptidek és őssejtek szinergikus hatásának köszönhetően jelentős mértékben javul a funkcionális felépülés nyaki gerincvelő-sérülésen átesett patkányok esetében.  

Ismeretterjesztő cikk

2013. november 29-én jelent meg egy ismeretterjesztő cikkem az Élet és Tudomány 48. számában. A cikket Bellák Tamás kollégámmal közösen írtuk. A cél az volt, hogy összefoglaljuk, milyen lehetőségek vannak egy gerincvelősérült számára és jelenleg milyen kísérletek folynak annak érdekében, hogy a sérülést követő regenerációt előmozdítsák. A cikk eleje a sérülést követő pathomechanizmusról szól majd ezt követően a jelenleg futó klinikai próbákat vesszük górcső alá.
A cikk elérhető az alábbi  linken:
http://www.eduvital.net/files%5Cadri/cikkek/ET_2013-48.pdf

Nyaki gerincvelői sérülés kísérletes helyreállítása

A nyaki gerincvelői szakaszon történő sérülések gyakran fatális kimenetelűek, mert vagy a légzőizmokat ellátó motoneuronokat vagy az azokat innerváló agytörzsi leszálló pályákat érinti a sérülés. Kulcsfontosságú tehát, hogy olyan terápiás eljárásokat dolgozzanak ki, amelyekkel helyreállítható az elveszett légzőfunkció.

Jerry Silver és munkatársai kísérletes gerincvelői sérülést (hemiszekció) idéztek elő patkányok C2 gerincvelői szegmentumának bal oldalán. A sértés következtében a supraspinális leszálló pályák károsodtak, köztük azok is, amelyek a C3-C5 szegmentumban található motoneuronokat innerválják. A C3-C5 szegmentumban található motoneuronok felelősek a diaphragma (légzésért felelős izom) innervációjáért. A sértés következményeként a baloldali diaphragma lebénult és a C3-C5 szegmentumban található motoneuronok körül gliahegszövet képződött. Ez a hegszövet gátolja a leszálló rostok regenerációját és a motoneuronok funkcionális reinnervációt is.

A légző funkció helyreállítást perifériás ideg graft alkalmazásával kísérelték meg. A kísérlet során a perifériás autológ ideg graft proximális végét a C2 szegmentumon található hemiszekciós résbe, míg disztális részét a C3-C5 szegmentumba helyezték és ChABC injektáltak a graft mellé. A ChABC elbontja a gliális hegszövetet megkönnyítve ezzel a regenerációt. A vizsgálatok során kiderült, hogy 12 héttel a perifériás ideg beültetését követően a grafton keresztül regenerálódó supraspinális pályák újra innerválták a C3-C5 szegmentumban található motoneuronokat és a légző funkció helyreállt.