انتقال چاپرون TAT-Hsp70 به سلول های پیش ساز عصبی: یک روش درمانی بالقوه برای درمان سکته ایسکمی شده پس از پیوند سیستمیک و Intrastriatal

خلاصه:

روش های درمانی جدید برای ایسکمی مغزی به سمت روش های سلول درمانی تغییر مسیر دادند تا از این طریق از اثرات جانبی روش های درمانی لیز کننده لخته جلوگیری شود. هرچند، روش های سلول درمانی نیز به خاطر آگاهی محدود از مسیرهای مناسب پیوند سلول و نیز نرخ پایین بقای سلول های پیوند شده، با موانعی روبرو هستند. بنابراین، ما سلول های پیش ساز عصبی بیان کننده GFP را 6 ساعت پس از سکته در موش ها به صورت درون سیاهرگی (سیستمیک) یا درون مغزی (intrastriatally) پیوند زدیم. جهت افزایش بقای NPCها، قبل از پیوند و در شرایط in vitro، پروتئین شوک حرارتی 70-TAT (Hsp70) به سلول ها منتقل شد و پس از پیوند با روش های آنالیز سراسری آسیب مغزی و مکانیسم های وابسته به مسیرهای تحویل سلول ها دنبال و بررسی شدند. انتقال TAT-Hsp70 به NPCها به افزایش تعداد درون مغزی NPCهای پیوند شده تنها پس از پیوند درون مغزی سلول ها و نه درون سیاهرگی منجر شد. در عوض، تحویل سیستمیک NPCهای طبیعی یا ترانسداکت شده باعث ایجاد حفاظت نورونی پایدار و القای بهبود اعصاب آسیب دیده گردید، تنها NPCهای حاوی TAT-Hsp70 پس از پیوند درون مغزی از تحلیل و تخریب ثانویه سلول های عصبی جلوگیری می کردند که این امر به افزایش عملکرد عصبی این ناحیه پس از پیوند سلول ها مربوط می شود. علاوه براین، پیوند درون مغزی NPCهای حاوی TAT-Hsp70 باعث افزایش نورون زایی پس از ایجاد ایسکمی و القای سطح بیان بالا و پایداری از فاکتورهای رشد عصبی، فاکتور رشد عصبی مشتق از رده سلولی گلیالی و فاکتور رشد اندوتلیالی عروقی در شرایط in vivo می گردد. حفاظت نورونی مشاهده شده پس از تحویل سلول ها به فضای درون مغزی به دلیل افزایش بقای سلول های پیوند شده در این منطقه می باشد. در مقابل، تحویل NPCها به صورت درون سیاهرگی از طریق پایدار کردن سد خونی-مغزی همزمان با کاهش فعالیت متالوپروتئاز 9 ماتریکس و کاهش تشکیل گونه های اکسیژن واکنشگر، باعث حفاظت نورونی می گردد. یافته های ما بر دو مکانیسم متفاوت فعالیت NPCهای پیوند شده به صورت درون سیاهرگی و درون مغزی دلالت دارند و نشان می دهند که تحویل NPCها به صورت سیستمیک ممکن است برای موارد سکته امکان پذیرتر باشد و نیازی به دستکاری NPCها در شرایط in vitro جهت القای حافظت نورونی بلند مدت ندارد.  

Transduction of Neural Precursor Cells with TAT-Heat Shock Protein 70 Chaperone: TherapeuticPotential Against Ischemic Stroke after Intrastriatal and Systemic Transplantation.

Source

Department of Neurology, University of Duisburg-Essen Medical School, Essen, Germany; Department of Neurology, University of Goettingen Medical School, Goettingen, Germany. thorsten.doeppner@uk-essen.de.

Abstract

Novel therapeutic concepts against cerebral ischemia focus on cell-based therapies in order to overcome some of the side effects of thrombolytic therapy. However, cell-based therapies are hampered because of restricted understanding regarding optimal cell transplantation routes and due to low survival rates of grafted cells. We therefore transplanted adult green fluorescence protein positive neural precursor cells (NPCs) either intravenously (systemic) or intrastriatally (intracerebrally) 6 hours after stroke in mice. To enhance survival of NPCs, cells were in vitro protein-transduced with TAT-heat shock protein 70 (Hsp70) before transplantation followed by a systematic analysis of brain injury and underlying mechanisms depending on cell delivery routes. Transduction of NPCs with TAT-Hsp70 resulted in increased intracerebral numbers of grafted NPCs after intracerebral but not after systemic transplantation. Whereas systemic delivery of either native or transduced NPCs yielded sustained neuroprotection and induced neurological recovery, only TAT-Hsp70-transduced NPCs prevented secondary neuronal degeneration after intracerebral delivery that was associated with enhanced functional outcome. Furthermore, intracerebral transplantation of TAT-Hsp70-transduced NPCs enhanced postischemic neurogenesis and induced sustained high levels of brain-derived neurotrophic factor, glial cell line-derived neurotrophic factor, and vascular endothelial growth factor in vivo. Neuroprotection after intracerebral cell delivery correlated with the amount of surviving NPCs. On the contrary, systemic delivery of NPCs mediated acute neuroprotection via stabilization of the blood-brain-barrier, concomitant with reduced activation of matrix metalloprotease 9 and decreased formation of reactive oxygen species. Our findings imply two different mechanisms of action of intracerebrally and systemically transplanted NPCs, indicating that systemic NPC delivery might be more feasible for translational stroke concepts, lacking a need of in vitro manipulation of NPCs to induce long-term neuroprotection. STEM CELLS2012;30:1297-1310.