Terapia com Células-Tronco Mostra Potencial para Recuperação de AVC
Pesquisas mostram o potencial das células derivadas de iPSCs na recuperação de cérebros danificados por AVC.
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Índice
O Acidente vascular cerebral isquêmico é uma das principais causas de deficiência e morte no mundo todo. Cerca de 25% dos adultos podem sofrer um acidente vascular em algum momento de suas vidas. Os tratamentos disponíveis hoje, como a trombólise intravenosa e a trombectomia mecânica, precisam ser administrados rápido após o acidente e podem ter complicações. Por causa disso, muitos pacientes ficam com deficiências a longo prazo.
Pesquisadores estão investigando terapias com células-tronco como uma possível forma de ajudar as pessoas a se recuperarem de acidentes vasculares. Em estudos com animais, essas terapias mostraram promessas ao atuarem no sistema imunológico, ajudando a crescer novas células cerebrais, reparando Vasos Sanguíneos e restaurando conexões no cérebro após lesões. Diferentes fontes dessas células-tronco, como células-tronco mesenquimatosas (CTMs), células-tronco embrionárias (CTEs) e células-tronco neurais (CTNs), foram testadas em ambientes laboratoriais, mas não provaram ser eficazes em grandes ensaios clínicos envolvendo pacientes com acidente vascular.
Com os avanços na engenharia genética, os cientistas estão focando nas células-tronco pluripotentes induzidas (CTPIs) como uma fonte de células progenitoras neurais (CPNs). As CTPIs têm várias vantagens: podem ser cultivadas em grandes quantidades, levantam menos questões éticas, podem ser transformadas em células neurais e podem ser adaptadas para pacientes individuais. Novos métodos para criar CPNs derivadas de CTPIs seguem padrões de fabricação rigorosos que garantem sua segurança. Essas células mostraram liberar fatores benéficos, construir novas conexões em áreas danificadas e melhorar a função em animais com acidentes vasculares. Mesmo assim, estudos anteriores não tiveram uma visão abrangente de como esses enxertos interagem com o tecido hospedeiro.
Objetivos do Estudo
Este estudo visa investigar a sobrevivência e a integração das CPNs derivadas de CTPIs nos cérebros de camundongos que sofreram acidentes vasculares. Queremos ver como essas células-tronco promovem a recuperação no cérebro danificado e examinar a relação entre as células enxertadas e o tecido ao redor.
Metodologia
Para explorar isso, os pesquisadores realizaram experimentos usando camundongos com acidentes vasculares induzidos. Sete dias após o acidente, um grupo desses camundongos recebeu enxertos de CPNs. Os pesquisadores monitoraram sua saúde e comportamento ao longo de um período de cinco semanas.
Preparação do Enxerto Celular
Antes do transplante, as CTPIs humanas foram diferenciadas em CPNs. Os pesquisadores confirmaram que essas CPNs tinham os marcadores certos para progenitores neurais e mostraram sinais de se transformarem em neurônios e células gliais após serem incentivadas a crescer sem certos fatores.
Indução de Acidente Vascular em Camundongos
Os camundongos passaram por um procedimento para induzir um acidente vascular, seguido pela confirmação do acidente usando técnicas de imagem do fluxo sanguíneo. Após o procedimento, alguns camundongos receberam os enxertos de CPNs enquanto outros receberam tratamentos simulados.
Monitoramento da Recuperação
Os pesquisadores acompanharam a saúde dos camundongos ao longo das cinco semanas, procurando sinais de recuperação tanto no comportamento quanto na estrutura do cérebro. Eles usaram vários testes para medir a função motora, incluindo testes de rotação e análise de marcha especializada.
Análise Histológica
Após o período de cinco semanas, os camundongos foram sacrificados e seus cérebros foram examinados. Marcadores específicos no cérebro foram analisados para determinar a extensão dos enxertos de CPNs e sua diferenciação em vários tipos celulares.
Resultados
Integração do Enxerto de CPNs
Os resultados mostraram que as CPNs conseguiram sobreviver e se integrar nas áreas danificadas do cérebro pelo acidente vascular. Os camundongos com enxertos de CPNs apresentaram sinais de redução da Inflamação, melhor formação de vasos sanguíneos e melhor integração de novos neurônios em comparação com aqueles sem enxertos.
Recuperação Funcional
Os camundongos que receberam os enxertos de CPNs mostraram melhora na função motora ao longo do tempo. Avaliações de comportamento indicaram que os animais enxertados se saíram melhor em tarefas motoras em comparação com seus pares que não receberam os enxertos.
Redução da Inflamação
A análise histológica revelou que os camundongos tratados com CPNs tinham um nível mais baixo de marcadores inflamatórios na área do acidente em comparação com o grupo controle. Isso sugere que os enxertos podem ajudar a moderar a resposta inflamatória do corpo após um acidente vascular.
Alterações Vasculares
O transplante de CPNs levou a um aumento na densidade de vasos sanguíneos nas áreas afetadas do cérebro. Os camundongos enxertados mostraram menos vazamento de vasos sanguíneos, o que é crucial para manter uma função cerebral saudável após um acidente vascular.
Diferenciação das CPNs
A maioria das CPNs transplantadas foi encontrada diferenciada em neurônios, particularmente Neurônios GABAérgicos, que são importantes para equilibrar a atividade neural. Isso indica que os enxertos contribuem para restaurar funções cerebrais perdidas.
Comunicação Molecular
Uma análise mais aprofundada revelou que as CPNs enxertadas provavelmente se comunicaram com as células hospedeiras ao redor por meio de várias vias de sinalização, o que poderia ajudar nos processos de recuperação.
Conclusão
Este estudo fornece evidências de que as CPNs derivadas de CTPIs podem sobreviver, se integrar e promover a recuperação nos cérebros de camundongos após um acidente vascular. Os resultados sugerem que essas células podem ajudar a reduzir a inflamação e melhorar o fluxo sanguíneo em áreas danificadas, levando a melhores resultados funcionais.
Os resultados mostram promessas para terapias potenciais em pacientes humanos usando abordagens semelhantes baseadas em células. Estudos futuros serão necessários para explorar os efeitos a longo prazo e as melhores maneiras de aplicar essas descobertas em ambientes clínicos.
Direções Futuras
À medida que os pesquisadores continuam a entender como essas CPNs funcionam no cérebro, eles podem descobrir mais benefícios e mecanismos que podem ser estudados para potenciais tratamentos na recuperação de acidentes vasculares. Isso pode levar a terapias melhoradas que aumentem a reparação cerebral e melhorem significativamente a qualidade de vida dos sobreviventes de acidentes vasculares.
Com um foco crescente em traduzir essas descobertas em aplicações clínicas, há esperança de que estratégias semelhantes sejam desenvolvidas para outras lesões neurológicas e doenças.
Agradecimentos
Agradecemos a todos os colaboradores envolvidos nesta pesquisa, incluindo aqueles que participaram dos estudos com animais e forneceram apoio ao longo do projeto.
Título: Human iPSC-derived cell grafts promote functional recovery by molecular interaction with stroke-injured brain
Resumo: Stroke is a leading cause of disability and death due to the brains limited ability to regenerate damaged neural circuits. To date, stroke patients have only few therapeutic options and are often left with considerable disabilities. Induced pluripotent stem cell (iPSC)-based therapies are emerging as a promising therapeutic approach for stroke recovery. In this study, we demonstrate that local transplantation of good manufacturing practice (GMP)-compatible iPSC-derived neural progenitor cells (NPCs) improve long-term recovery-associated brain tissue responses and reduce neurological deficits after cerebral ischemia in mice. Using in vivo bioluminescence imaging and post-mortem histology, we showed long-term graft survival over the course of five weeks and preferential graft differentiation into mature neurons without signs of pluripotent residuals. Transplantation of NPCs led to a set of recovery-associated tissue responses including increased vascular sprouting and repair, improved blood-brain barrier integrity, reduced microglial activation, and increased neurogenesis compared to littermate control animals receiving sham transplantation. Employing deep learning-assisted behavior analysis, we found that NPC-treated mice displayed improved gait performance and complete fine-motor recovery in the horizontal ladder rung walk, five weeks post-injury. To dissect the molecular graft composition and identify graft-host interactions, single nucleus profiling of the cell transplants and host stroke tissue was performed. We identified graft differentiation preferentially towards GABAergic cells with remaining cells acquiring glutamatergic neuron, astrocyte, and NPC-like phenotypes. Interaction between graft and host transcriptome indicated that GABAergic cell grafts were primarily involved in graft-host communication through the regeneration-associated NRXN, NRG, NCAM and SLIT signalling pathways. In conclusion, our study reveals that transplanted iPSC-derived NPCs primarily differentiate into GABAergic neurons contributing to long-term recovery, and further delineates the regenerative interactions between the graft and the stroke-injured host tissue.
Autores: Ruslan Rust, R. Z. Weber, B. Achon Buil, N. H. Rentsch, P. Perron, A. Bosworth, M. Zhang, K. Kisler, C. Bodenmann, K. J. Zurcher, D. Uhr, D. Meier, S. L. Peter, M. Generali, R. M. Nitsch, B. V. Zlokovic, C. Tackenberg
Última atualização: 2024-04-05 00:00:00
Idioma: English
Fonte URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.04.03.588020
Fonte PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.04.03.588020.full.pdf
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