Інформація призначена тільки для фахівців сфери охорони здоров'я, осіб,
які мають вищу або середню спеціальну медичну освіту.


Підтвердіть, що Ви є фахівцем у сфері охорони здоров'я.

International neurological journal 7 (93) 2017

Back to issue

Comparative analysis of the dynamics of rat’s paretic limb motor function restoration following a spinal cord trauma and restorative neuroengineering interventions involving mesenchymal and neural stem cells

Authors: Цимбалюк В.І.(1–3), Медведєв В.В.(3), Сенчик Ю.Ю.(4), Драгунцова Н.Г.(2)
(1) — Національна академія медичних наук України, м. Київ, Україна
(2) — ДУ «Інститут нейрохірургії ім. акад. А.П. Ромоданова НАМН України», м. Київ, Україна
(3) — Національний медичний університет імені О.О. Богомольця, м. Київ, Україна
(4) — Київська міська клінічна лікарня швидкої медичної допомоги, м. Київ, Україна

Categories: Neurology

Sections: Clinical researches

print version


Summary

Мета дослідження. Порівняти динаміку рівня рухової функції на тлі імплантації макропористого гідрогелю в поєднанні зі стовбуровими клітинами кісткового мозку (СККМ) та нейрогенними стовбуровими клітинами (НСК) на моделі лівобічного половинного перетину (ЛПП) спинного мозку зрілого щура. Матеріали та методи. Як первинні цифрові дані використано емпіричний матеріал, отриманий у ряді попередніх досліджень (Цимбалюк В.І. та співавт., 2016, 2017). Тварини — білі щури-самці (ДУ «Інститут нейрохірургії імені акад. А.П. Ромоданова НАМН України»; інбредна лінія на основі Wistar; групи ЛПП, ЛПП + NG) та щури-самці лінії Wistar (Інститут фізіології імені О.О. Богомольця НАН України; групи ЛПП + НСК та ЛПП + СККМ) віком 5 міс., масою 250 г. Експериментальні групи: ЛПП — ЛПП спинного мозку на рівні Т11 (n = 40); ЛПП + NG — ЛПП + негайна гомотопічна імплантація фрагмента макропористого гідрогелю (NeuroGelTM (NG); n = 20); ЛПП + НСК — ЛПП + аналогічна імплантація фрагмента макропористого гідрогелю, асоційованого з фетальними НСК миші (n = 20); ЛПП + СККМ — ЛПП + аналогічна імплантація фрагмента макропористого гідрогелю, асоційованого із СККМ зрілої миші (n = 16). Моніторинг показника функції (ПФ) паретичної кінцівки — шкала Вasso — Вeattie — Вresnahan; розрахунок тижневого приросту ПФ, прискорення приросту, а також статистичний аналіз — у межах програмного пакету Statistica 10.0. Результати. Динаміка ПФ на тлі трансплантації у зону травми НСК та СККМ у комплексі з макропористим гідрогелем суттєво відрізняється протягом першого місяця спостереження. Для групи ЛПП + НСК характерна максимальна швидкість відновлення рухової функції на 1-му тижні, менша — впродовж 2–3-го тижня. Для груп ЛПП + СККМ та ЛПП + NG максимальна активність відновлення рухової функції виявлена на 2-му тижні. Різниця може бути обумовлена характерним для СККМ проангіогенним впливом та гліогенним диференціюванням НСК. Висновки. Імплантація макропористого гідрогелю в комплексі з НСК чи СККМ у зону травми спинного мозку суттєво покращує відновлення рухової функції паретичної кінцівки, впливаючи на різні патофізіологічні механізми протягом гострого, раннього та проміжного періодів спінальної травми.

Цель: сравнить динамику уровня двигательной функции на фоне имплантации макропористого гидрогеля в сочетании со стволовыми клетками костного мозга (СККМ) и нейрогенными стволовыми клетками (НСК) на модели левостороннего половинного пересечения (ЛПП) спинного мозга зрелой крысы. Материалы и методы. В качестве первичных цифровых данных использован эмпирический материал, полученный в ряде предыдущих исследований (Цимбалюк В.І. та співавт., 2016, 2017). Животные — белые крысы-самцы (ГУ «Институт нейрохирургии имени акад. А.П. Ромоданова НАМН Украины»; инбредная линия на основе Wistar; группы ЛПП, ЛПП + NG), крысы-самцы линии Wistar (Институт физиологии имени А.А. Богомольца НАН Украины; группы ЛПП + НСК и ЛПП + СККМ), возраст — 5 мес., масса — 250 г. Экспериментальные группы: ЛПП — ЛПП спинного мозга на уровне Т11 (n = 40); ЛПП + NG — ЛПП + немедленная гомотопическая имплантация фрагмента макропористого гидрогеля (NeuroGelTM (NG); n = 20); ЛПП + НСК — ЛПП + аналогичная имплантация фрагмента макропористого гидрогеля, ассоциированного с фетальными НСК мыши (n = 20); ЛПП + СККМ — ЛПП + аналогичная имплантация фрагмента макропористого гидрогеля, ассоциированного с СККМ зрелой мыши (n = 16). Мониторинг показателя функции (ПФ) паретичной конечности — шкала Вasso — Вeattie — Вresnahan; расчет еженедельного прироста ПФ, ускорения прироста, а также статистический анализ — в программном пакете Statistica 10.0. Результаты. Динамика ПФ на фоне трансплантации в зону травмы НСК и СККМ в комплексе с макропористым гидрогелем существенно отличается в течение первого месяца наблюдения. Для группы ЛПП + НСК характерна максимальная скорость восстановления двигательной функции на 1-й неделе, меньшая — в течение 2–3-й недели. Для группы ЛПП + СККМ и ЛПП + NG максимальная активность восстановления двигательной функции выявлена на 2-й неделе. Различия могут быть обусловлены характерным для СККМ проангиогенным влиянием и глиогенной дифференцировкой НСК. Выводы. Имплантация макропористого гидрогеля в сочетании с НСК или СККМ в зону травмы спинного мозга существенно улучшает восстановление двигательной функции паретичной конечности, влияя на различные патофизиологические механизмы в течение острого, раннего и промежуточного периодов спинальной травмы.

Background. The comparison of the motor function level dynamics after macroporous hydrogel implantation together with bone marrow stem cells (BMSC) and neural stem cells (NSC) after the left-side hemisection (LSH) of the spinal cord was the purpose of our study. Materials and methods. As the primary digital data, we have used empirical material obtained in previous studies (Tsymbaliuk V.I. et al., 2016, 2017). Animals — albino male rats (SI “Institute of Neurosurgery named after Academician A.P. Romodanov of the NAMS of Ukraine”; inbred line based on Wistar; groups LSH and LSH + NG) and Wistar male rats (Bogomolets Institute of Physiology; groups LSH + NSC and LSH + BMSC), aged 5.5 months, with weight of 250 g. Experimental groups: LSH — LSH at the Т11 level (n = 40); LSH + NG — LSH + immediate homotopical implantation of macroporous hydrogel (NeuroGelTM (NG); n = 20); LSH + NSC — LSH + analogous implantation of macroporous hydrogel associated with fetal mouse NSC (n = 20); LSH + BMSC — LSH + analogous implantation of macroporous hydrogel in association with adult mouse BMSC (n = 16). The ipsilateral hindlimb function indicator (FI) was studied using the Вasso-Вeattie-Вresnahan scale ; FI weekly gain and gain acceleration calculation, as well as statistical analysis, was performed within the software package Statistica 10.0. Results. The dynamics of FI in case of NSC and BMSC transplantation into the injury zone together with the macroporous hydrogel significantly differs during the first month of observation. For the LSH + NSC group, the maximum rate of motor function recovery was observed at the 1st week, less expressive — during the 2nd–3rd week. For the LSH + BMSC and LSH + NG groups, the maximum activity of the motor function recovery was detected on the 2nd week. The difference between groups may be due to the pro-angiogenic effect of the BMSC and the glial differentiation of the NSC. Conclusions. Macroporous hydrogel implantation into the traumatic zone along with NSC or BMSC significantly improves paretic limb motor function restoration influencing different pathophysiological mechanisms during the acute, early and intermediate periods of spinal cord injury.


Keywords

травма спинного мозку; рухова функція кінцівки; приріст та прискорення приросту рухової функції; стовбурові клітини кісткового мозку; нейрогенні стовбурові клітини; макропористий гідрогель; динамічний аналіз

травма спинного мозга; двигательная функция конечности; прирост и ускорение прироста двигательной функции; стволовые клетки костного мозга; нейрогенные стволовые клетки; макропористый гидрогель; динамический анализ

spinal cord injury; limb motor function; gain of motor function and gain acceleration; bone marrow stem cells; neural stem cells; macroporous hydrogel; dynamic analysis


For the full article you need to subscribe to the magazine.


Bibliography

1. Hydrogels and cell based therapies in spinal cord injury regeneration [Електронний ресурс] / R.C. Assunção-Silva, E.D. Gomes, N. Sousa [et al.] // Stem Cells International. — 2015. — Vol. 2015, Article 948040. — P. 1-24. — Режим доступу: https://www.hindawi.com/journals/sci/2015/948040.
2. Ahuja C. Concise review: bridging the gap: novel neuroregenerative and neuroprotective strategies in spinal cord injury / C. Ahuja, M. Fehlings // Stem Cells Transl. Med. — 2016. — Vol. 5, № 7. — P. 914-924.
3. Cell transplantation and neuroengineering approach for spinal cord injury treatment: a summary of current laboratory findings and review of literature / Lin X.Y., Lai B.Q., Zeng X. [et al.] // Cell Transplantation. — 2016. — Vol. 25, № 8. — P. 1425-1438.
4. Control of an ambulatory exoskeleton with a brain–machine interface for spinal cord injury gait rehabilitation [Електронний ресурс] / E. López-Larraz, S. Pérez-Nombela, A.J. Del-Ama [et al.] // Front. Neurosci. — 2016. — Vol. 10, Article 359. — P. 1-15. — Режим доступу: https://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fnins.2016.00359/full.
5. Miller L.E. Clinical effectiveness and safety of powered exoskeleton-assisted walking in patients with spinal cord injury: systematic review with metaanalysis / L.E. Miller, A.K. Zimmermann, W.G. Herbert // Med. Devices (Auckl). — 2016. — Vol. 9. — P. 455-466.
6. Oliveri R.S. Mesenchymal stem cells improve locomotor recovery in traumatic spinal cord injury: Systematic review with meta-analyses of rat models / R.S. Oliveri, S. Bello, F. Biering-Sørensen // Neurobiol. Dis. — 2014. — Vol. 62. — P. 338-353. doi: 10.1016/j.nbd.2013.10.014.
7. Safety and neurological assessments after autologous transplantation of bone marrow mesenchymal stem cells in subjects with chronic spinal cord injury [Електронний ресурс] / M.V.P. Mendonça, T.F. Larocca, B.S. de Freitas Souza [et al.] // Stem Cell Res. Ther. — 2014. — Vol. 5, Art. 126. — P. 1-11. — Режим доступу: http://stemcellres.biomedcentral.com/articles/10.1186/scrt516.
8. Bone marrow mesenchymal stromal cells and olfactory ensheathing cells transplantation after spinal cord injury — a morphological and functional comparison in rats / A. Torres-Espіn, E. Redondo-Castro, J. Hernandez, X. Navarro // Eur. J. Neurosci. — 2014. — Vol. 39. — P. 1704-1717.
9. Karantalis V. Use of mesenchymal stem cells for therapy of cardiac disease / V. Karantalis, J.M. Hare // Circ. Res. — 2015. — Vol. 116, № 8. — P. 1413-1430.
10. Полищук Н.Е., Слынько Е.И. Патогенез травмы спинного мозга, периодизация травматической болезни спинного мозга. Спинальный шок // Полищук Н.Е. Повреждения позвоночника и спинного мозга (механизмы, клиника, диагностика, лечение) / Н.Е. Полищук, Н.А. Корж, В.Я. Фищенко; под ред. Н.Е. Полищука и др. — К.: Книга плюс, 2001. — С. 42-56.
11. Слинько Є.І. Ургентна нейрохірургічна допомога при ускладненій хребетно-спинномозковій травмі на Україні (програмна доповідь) / Є.І. Слинько // Український нейрохірургічний журнал. — 2005. — № 3. — С. 63-74.
12. Цымбалюк В.И. Спинной мозг. Элегия надежды: монография / В.И. Цымбалюк, В.В. Медведев. — Винница: Нова Книга, 2010. — 944 с.
13. Ng M.T.L. Vascular disruption and the role of angioge–nic proteins after spinal cord injury / M.T.L. Ng, A.T. Stammers, B.K. Kwon // Transl. Stroke Res. — 2011. — Vol. 2, № 4. — P. 474-491.
14. Posttraumatic inflammation as a key to neuroregeneration after traumatic spinal cord injury / A. Moghaddam, C. Child, T. Bruckner [et al.] // Int. J. Mol. Sci. — 2015. — Vol. 16, № 4. — P. 7900-7916.
15. Biomaterial approaches to enhancing neurorestoration after spinal cord injury: strategies for overcoming inherent biological obstacles [Електронний ресурс] / J.R. Siebert, A.M. Eade, D.J. Osterhout // BioMed Research International. — 2015. — Vol. 2015, Article ID 752572. — P. 1-20. — Режим доступу: https://www.hindawi.com/journals/bmri/2015/752572.
16. Advances in regenerative therapies for spinal cord injury: a biomaterials approach / M. Tsintou, K. Dalamagkas, A.M. Seifalian // Neural Regen. Res. — 2015. — Vol. 10, № 5. — P. 726-742.
17. Cytokine and growth factor activation in vivo and in vitro after spinal cord injury / E. Garcia, J. Aguilar-Cevallos, R. Silva-Garcia, A. Ibarra [Електронний ресурс] // Mediators Inflamm. — 2016. — Vol. 2016, Article ID 9476020. — P. 1-21. — Режим доступу: https://www.hindawi.com/journals/mi/2016/9476020.
18. Kjell J. Rat models of spinal cord injury: from pathology to potential therapies / J. Kjell, L. Olson // Dis. Model Mech. — 2016. — Vol. 9, № 10. — P. 1125-1137.
19. Вплив ксенотрансплантації нейрогенних стовбурових клітин у комплексі з тканинним матриксом NeuroGelTM на відновлення рухової функції спинного мозку щура після експериментальної спінальної травми / В.І. Цимбалюк, В.В. Медведєв, О.А. Рибачук [та ін.] // Клінічна хірургія. — 2017. — № 1. — С. 64-66.
20. Вплив імплантації NeuroGelTM у асоціації з ксеногенними стовбуровими клітинами кісткового мозку на відновлення рухової функції задньої кінцівки щура після спінальної травми / В.І. Цимбалюк, В.В. Медведєв, О.А. Рибачук, В.І. Козявкін [та ін.] // Міжнародний неврологічний журнал. — 2016. — № 6(84). — С. 13-19.
21. Модель перетину половини поперечника спинного мозку. Частина І. Технічні, патоморфологічні та клініко-експериментальні особливості / В.І. Цимбалюк, В.В. Медведєв, В.М. Семенова [та ін.] // Укр. нейрохірург. журнал. — 2016. — № 2. — С. 18-27.
22. Reconstruction of the transected cat spinal cord following NeuroGel implantation: axonal tracing, immunohistochemical and ultrastructural studies / S. Woerly, V.D. Doan, N. Sosa [et al.] // Int. J. Dev. Neurosci. — 2001. — Vol. 19, № 1. — Р. 63-83.
23. Вплив обмеження спонтанної локомоторної активності на перебіг синдрому спастичності за умови експериментальної травми спинного мозку та імплантації матриксу NeuroGelTM, асоційованого з нейрогенними стовбуровими клітинами / В.І. Козявкін, В.І. Цимбалюк, В.В. Медведєв [та ін.] // Буковинський медичний вісник. — 2016. — Т. 20, № 4(80). — C. 83-89.
24. Медведєв В.В. Варіативність кореляції рівня функції та спастичності паретичної кінцівки за різного перебігу відновного процесу на моделі спінальної травми / В.В. Медведєв // Шпитальна хірургія. — 2016. — № 4. — С. 21-26.
25. Вплив трансплантації тканини фетального мозочка на відновлення локомоторної функції задньої кінцівки при травмі спинного мозку у щура / В.В. Медведєв, Ю.Ю. Сенчик,
Н.Г. Драгунцова [та ін.] // Клітинна та органна трансплантологія. — 2016. — Т. 4, № 2. — С. 168-174.
26. Клініко-морфологічні особливості моделі відкритої проникної травми спинного мозку з тривалим перебуванням стороннього тіла у хребтовому каналі / В.І. Цимбалюк, В.В. Медведєв, В.М. Семенова [та ін.] // Укр. нейрохірург. журнал. — 2016. — № 4. — С. 16-25.
27. Тривала персистенція біосумісного стороннього тіла у хребтовому каналі за відкритої проникної травми спинного мозку: клініко-експериментальні та патоморфологічні особливості / В.І. Цимбалюк, В.В. Медведєв, В.М. Семенова [та ін.] // Клінічна хірургія. — 2016. — № 8. — С. 64-69.
28. Вплив трансплантації тканини нюхової цибулини на перебіг регенераційного процесу при травмі спинного мозку в експерименті / В.І. Цимбалюк, В.В. Медведєв, Ю.Ю. Сенчик [та ін.] // Український неврологічний журнал. — 2016. — № 3. — С. 59-65.
29. Вплив трансплантації тканини фетальної нирки на перебіг регенераційного процесу при травмі спинного мозку в експерименті / В.І. Цимбалюк, В.В. Медведєв, Ю.Ю. Сенчик
[та ін.] // Наука і практика. — 2016. — № 1–2 (7–8). — С. 104-115.
30. Медведєв В.В. Вплив нейротрансплантації різних типів алогенних тканин на відновлення рухової функції після експериментальної травми спинного мозку / В.В. Медведєв // Український нейрохірургічний журнал. — 2017. — № 1. — С. 11-23.
31. Вплив імплантації NeuroGel у поєднанні з ксеногенними стовбуровими клітинами нервового гребня на відновлення рухової функції задніх кінцівок щура після травми спинного мозку / В.І. Цимбалюк, В.В. Медведєв, Р.Г. Васильєв [та ін.] // Український неврологічний журнал. — 2017. — № 1. — С. 65-71.
32. Cell transplantation therapy for spinal cord injury / P. Assinck, G.J. Duncan, B.J. Hilton [et al.] // Nat. Neurosci. — 2017. — Vol. 20, № 5. — P. 637-647.
33. Lu P. Stem cell transplantation for spinal cord injury repair / P. Lu // Prog. Brain Res. — 2017. — Vol. 231. — P. 1-32.
34. Concise review: spinal cord injuries — how could adult mesenchymal and neural crest stem cells take up the challenge? / V. Neirinckx, D. Cantinieaux, C. Coste [et al.] // Stem Cells. — 2014. — Vol. 32, № 4. — P. 829-843.
35. Endothelial progenitor cells: novel biomarker and promising cell therapy for cardiovascular disease / S. Sen, S.P. McDo–nald, P.T. Coates, C.S. Bonder // Clin. Sci. (Lond). — 2011. — Vol. 120, № 7. — P. 263-283.
36. Цимбалюк В.І. Ce.re.bellum, або мозочок: Монографія / В.І. Цимбалюк, В.В. Медведєв, Ю.Ю. Сенчик. — Вінниця: Нова Книга, 2013. — 272 с.
37. Synergistic effects of transplanted adult neural stem/progenitor cells, chondroitinase, and growth factors promote functional repair and plasticity of the chronically injured spinal cord / S. Karimi-Abdolrezaee, E. Eftekharpour, J. Wang [et al.] // J. Neurosci. — 2010. — Vol. 30, № 5. — P. 1657-1676.
38. Lindsay S.L. Are nestin-positive mesenchymal stromal cells a better source of cells for CNS repair? / S.L. Lindsay, S.C. Barnett // Neurochem. Int. — 2017. — Vol. 106. — P. 101-107.

Similar articles

Comparative analysis of the rat’s paretic limb spasticity dynamics following a spinal cord trauma and restorative neuroengineering interventions involving mesenchymal and neural stem cells
Authors: Цимбалюк В.І.(1, 2, 4), Медведєв В.В.(2), Сенчик Ю.Ю.(3), Драгунцова Н.Г.(4)
1 - Національна академія медичних наук України, м. Київ, Україна
2 - Національний медичний університет імені О.О. Богомольця, м. Київ, Україна
3 - Київська міська клінічна лікарня швидкої медичної допомоги, м. Київ, Україна
4 - ДУ «Інститут нейрохірургії ім. акад. А.П. Ромоданова НАМН України», м. Київ, Україна

International neurological journal №3 (97), 2018
Date: 2018.07.10
Categories: Neurology
Sections: Clinical researches
The Effect of NeurogelTM Used with Bone Marrow Stem Cells Implantation on the Course  of the Spasticity Syndrome after Experimental Spinal Cord Injury
Authors: Цимбалюк В.І.(1), Медведєв В.В.(2), Рибачук О.А.(3, 5), Козявкін В.І.(4), Драгунцова Н.Г.(1)
(1) — ДУ «Інститут нейрохірургії ім. акад. А.П. Ромоданова НАМН України», м. Київ, Україна
(2) — Національний медичний університет імені О.О. Богомольця, м. Київ, Україна
(3) — ДУ «Інститут генетичної та регенеративної медицини НАМН України», м. Київ, Україна
(4) — Міжнародна клініка відновного лікування, м. Трускавець, Україна
(5) — Інститут фізіології імені О.О. Богомольця НАН України, м. Київ, Україна

International neurological journal 7 (85) 2016
Date: 2017.01.13
Categories: Neurology
Sections: Clinical researches
The Effect of Implantation of Neurogeltm Used with Xenogenic Bone Marrow Stem Cells on Motor Function Recovery after Experimental Spinal Cord Injury
Authors: Цимбалюк В.І.(1), Медведєв В.В.(2), Рибачук О.А.(3, 5), Козявкін В.І.(4), Драгунцова Н.Г.(1)
(1) — ДУ «Інститут нейрохірургії ім. акад. А.П. Ромоданова НАМН України», м. Київ, Україна
(2) — Національний медичний університет імені О.О. Богомольця, м. Київ, Україна
(3) — ДУ «Інститут генетичної та регенеративної медицини НАМН України», м. Київ, Україна
(4) — Міжнародна клініка відновного лікування, м. Трускавець, Україна
(5) — Інститут фізіології імені О.О. Богомольця НАН України, м. Київ, Україна

International neurological journal 6 (84) 2016
Date: 2016.11.24
Categories: Neurology
Sections: Clinical researches
The effect of NeurogelTM with xenogenic neural crest stem cells implantation on the course of spasticity syndrome after experimental spinal cord injury
Authors: Цимбалюк В.І.(1), Медведєв В.В.(2), Васильєв Р.Г.(3, 4), Рибачук О.А.(3, 4), Козявкін В.І.(5), Драгунцова Н.Г.(1)
1 - ДУ «Інститут нейрохірургії ім. акад. А.П. Ромоданова НАМН України», м. Київ, Україна
2 - Національний медичний університет імені О.О. Богомольця, м. Київ, Україна
3 - ДУ «Інститут генетичної та регенеративної медицини НАМН України», м. Київ, Україна
4 - Медична компанія «Ilaya», м. Київ, Україна
5 - Міжнародна клініка відновного лікування, м. Трускавець, Україна

International neurological journal 1 (87) 2017
Date: 2017.04.07
Categories: Neurology
Sections: Clinical researches

Back to issue