CC BY
14
М1ЖНАРОДНИЙ НЕВРОЛОГ1ЧНИЙ ЖУРНАЛ
INTERNATIONAL NEUROLOGICAL JOURNAL |
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НЕВРОЛОГИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ ОРИГШАЛЬШ ДОСЛЩЖЕННЯ /ORIGINAL RESEARCHES/
УДК 616.832-001:616.8-009.12:616.8-089-092.9 DOI: 10.22141/2224-0713.3.97.2018.133676
ЦимбалюкВ.1.12'4, Медведев В.В.2, СенчикЮ.Ю.3, Драгунцова Н.Г.4 1Нащональна академ'я медичнихнаук Укра'ни, м. Ки'1в, Украна 2Нацюналыниймедичний унiверситетiменiО.О. Богомольця, м. Ки'1в, Укра'/на 3Ки'1всыка мська l<лiнiчналкарня швидкоi медичноi допомоги, м. Ки'1в, Укра'/на 4ДУ «1нститутнейрох1рурп1 '¡м. акад. А.П. Ромоданова НАМН Украни», м. Ки\в, Украна
Порiвняльний ана^з динамки спастичност паретичноТ юнщвки щура пiсля травми спинного мозку та вшновних нейроiнженерних втручань з використанням стовбурових кл^ин
■ ■ W ■
мезенхiмального i нейрогенного фенотипу
Резюме. Мета досждження: nopiemmu динамщ cnacmmmcmi паретичног ктщвки на mni тплантацп макропористого гiдрогелю у поеднант si стовбуровими клтинами шсткового мозку (СККМ) та нейрогенними стовбуровими клтинами (НСК) на моделiлiвобiчного половинного перетину (ЛПП) спинного мозку зрлого щура. Marnepirnu таметоди. Як первинт цифровi дат використано емтричний маmерiал, отриманий у рядi попереднтх доЫджень (Цимбалюк В.1. та ствавт., 2016,2017). Тварини — 6iai щури-самщ (ДУ«1нститут нейрохарургп iменi акад. А.П. Ромоданова НАМН Украти»; тбредналтя на основi Wistar; групи «ЛПП», «ЛПП+NG») та щури-самщ лти Wistar (1нститут фiзiологii iменi О.О. Богомольця НАН Украти; групи «ЛПП+НСК» та «ЛПП + СККМ»), вк — 5мс, маса — 250г. Експериментальт групи: «ЛПП» — ЛПП спинного мозку нарiвнi Тп (n = 16); «ЛПП+ NG» — ЛПП + негайна гомототчна тплантацш фрагмента макропористого гiдрогелю (NeuroGel™ — NG; n = 20); «ЛПП + НСК» — ЛПП+аналогiчна шплантацш фрагмента макропористого гiдрогелю, асоцшованого з фетальними НСКмишi (n = 20); «ЛПП + СККМ»—ЛПП+аналогiчна тплантацш фрагмента макропористого гiдрогелю, асоцшованого з СККМзриог мишi (n = 16). Монторинг показника спасmичносmi (ПС) паретичног ктщвки — шкала Ashworth; розрахунок тижневого приросту ПС (Vn(), а також статистичний анал1з — у межахпрограмного пакета Statistica 10.0. Результаты. Стосовно динамки Vncпротягом першихдвохтижтв спостереження можна видлити 2 пари груп: «ЛПП + NG» i «ЛПП + НСК» — зменшення Vnc, «ЛПП» i «ЛПП + СККМ» — збльшення Vnc, быьш виражене у груш «ЛПП». Особливосmi динамки Vncу групах «ЛПП + НСК» i «ЛПП + СККМ» аналогiчнi виявленим для приросту показника функци, доЫджуваног згiдно з шкалою Basso — Beattie — Bresnahan, що можна пояснити обмежешстю шкали Ashworth щодо диференщаци «мимовльного» та «довльного» компоненmiв м'язового тонусу експериментальних тварин, а також первинним проспастичним ефектомретнерваци мотонейротв низхдними глутамат- та сероmонiнергiчними волокнами. Угрупах «ЛПП» i «ЛПП + NG» динамка Vnc i приросту показника функци протилежт, що можна пояснити рiзними темпами вiдновлення супрасптальног сероmонiнергiчноi та глуmамаmергiчноi передачi збудження на денервоват мото-нейрони. Висновки. Мiж динамкою спасmичносmiу випадку травми спинного мозку, iмпланmацiiу зону травми макропористого гiдрогелю або iмпланmацii аналогiчного гiдрогелю у поеднант з СККМ чи НСК снують суmmевi вiдмiнносmi протягом перших тижтв вiдновного процесу, як обумовлет особливостями використаних засобiв вiдновного лкування та причинами меmодологiчного характеру.
Ключовi слова: травма спинного мозку; спастичтсть, прирст та прискорення приросту спастич-ност^' сmовбуровi клтини ккткового мозку; нейрогенш сmовбуровi клтини; макропористий гiдрогель; динамiчний анализ
© «Ммнародний невролопчний журнал» / «Международный неврологический журнал» / «International Neurological Journal» («Mezdunarodnyj nevrologiceskij zurnal»), 2018 © Видавець Заславський О.Ю. / Издатель Заславский А.Ю. / Publisher Zaslavsky O.Yu., 2018
Для кореспонденци: Медведев Володимир Вiкторович, доктор медичних наук, доцент кафедри нейрохiрургн, Нацюнальний медичний ушверситет iменi О.О. Богомольця, бул. Т. Шевченка, 13, м. КиТв, 02000, УкраТна; факс: +38 (044) 483-12-53; e-mail: vavo2010@gmail.com; контактний тел.: +38 (050) 504-87-88
For correspondence: Volodymyr Medvediev, MD, PhD, Associate Professor at the Department of neurosurgery, Bogomolets National Medical University, T. Shevchenko boulevard, 13, Kyiv, 02000, Ukraine; fax: +38 (044) 483-12-53; e-mail: vavo2010@gmail.com; phone: +38 (050) 504-87-88.
Вступ
Травма спинного мозку е складним швалщизую-чим ураженням, механiзми якого ниш далеы до ви-черпного розумшня. У випадку травми головного мозку, за винятком незворотного ураження життево важливих регуляторних центрiв, втрачеш функцп ком-пенсуються шляхом пластичних перебудов власних нейрональних мереж [1, 2]. При травмi периферичних нервiв вiдновлення втрачених функцiй здiйснюеться шляхом проростання перетнутих волокон через зону ушкодження [3], а також за допомогою компенсаторно! перебудови нейрональних мереж на рiвнi переду-сiм головного мозку [4]. Вщновлення спинного мозку зазначеними мехашзмами вкрай утруднене через ма-лий об'ем локальних (пропрюсшнальних) мереж та багатофакторне обмеження регенерацп аксонiв про-вiдних шляхiв [5—7].
Окремим питанням патофiзюлош травми спинного мозку е патогенез нейрогенних ускладнень — хронiчного больового синдрому, синдрому спастичност та синдрому вюцерально! дисфункцй. Цi три синдроми — рiвночастi в епiдемiологiчному вiдношеннi — суттево погiршують якiсть життя спiнальних хворих, обумовлюють значнi витрати на лiкування та медичний догляд [8].
Спастичнють при травмi спинного мозку, особливо Н прояви у гострому та промiжному перiодах, пс-но пов'язаш з тканинним запаленням [9, 10], актив-нiстю глутамат- [11, 12], ГАМКерпчно! [9, 13] та ряду шших систем електрохiмiчноl передачi збудження у нейрональних мережах спинного мозку [14]. Стов-буровi клггини кiсткового мозку (СККМ) — вщомий засiб вiдновлення функцп травмованого мозку — у випадку сшнально! травми чинять протизапальний та нейропротекторний вплив [8, 15]. 1муномодулю-ючий протизапальний [16—20] та протиспастичний [21] вплив виявлено для нейрогенних стовбурових кштин (НСК) — еталонного засобу вщновних нейрошженер-них втручань при експериментальнш травмi спинного мозку [22—24]. О^м цього, СККМ можуть позитивно впливати на перебiг епiлептичного процесу [25], iмо-вiрно, шляхом непрямо! ди на збуджувальну медiацiю у вогнищi [26]. Цi данi актуалiзують дослщження впливу СККМ та НСК на перебп спастичностi при спiнальнiй травмь З'ясування механiзмiв такого впливу можливе шляхом ретельного вивчення динамiки спастичност на тлi трансплантат! зазначених клгганних фенотипiв. Спiвставлення перiодiв найвираженiших змш рiвня спастичностi iз вiдомими фазами перебпу сшнально! травми [5, 27—31] дозволяе визначити провщш ланки впливу СККМ та НСК.
Матерiали та методи
Як первинш цифровi дат використано емпiричний матерiал, отриманий у рядi попереднiх дослщжень [32— 34], виконаних iз дотриманням чинних норм бюетики на бiлих щурах-самцях (ДУ «1нститут нейрохiрургri iменi акад. А.П. Ромоданова НАМН Укра!ни»; шбред-на лшя на основi Wistar; групи «ЛПП», «ЛПП + NG») та щурах-самцях лши Wistar (1нститут фiзiологi! iменi
О.О. Богомольця НАН Украши; групи «ЛПП + НСК» та «ЛПП + СККМ»), втэм 5 Mic., масою 250 г, утриму-ваних у стандартних умовах.
Експериментальш групи:
— «ЛПП» — лiвобiчний половинний перетин (ЛПП) спинного мозку (n = 16);
— «ЛПП + NG» — ЛПП + негайна гомототчна iмплантацiя фрагмента макропористого пдрогелю (NeuroGelTM — NG; n = 20);
— «ЛПП + НСК» — ЛПП + гомототчна iмпланта-цш фрагмента макропористого пдрогелю, асоцшовано-го з фетальними НСК мишi (n = 20);
— «ЛПП + СККМ» — ЛПП + гомототчна iмплан-татя фрагмента макропористого пдрогелю, асоцшова-ного з СККМ зрто! мишi (n = 16).
Оперативш втручання здiйcнювали тд загальним знеболюванням (внутрiшньоочеревинне введення суш-шi розчинiв ксилазину i кетамшу у звичних дозах [35]), протокол ЛПП включав ламшектомш на рiвнi Тп, перетин лiвоi половини спинного мозку, контроль повно-ти перетину [35]. Макропористий пдрогель NeuroGel™ [36] (полi[N-(2-гiдрокcипропiл)-метакриламiд]) син-тезовано в лабораторп E. Pinet (FISO Technologies Inc., Quebec, Канада). СККМ отримували iз стегно-воi кicтки статевозртих мишей-cамцiв лiнii FVB-Cg-Tg(GFPU)5Nagy/J, культивували за стандартних умов, фенотипували [32]. НСК отримували з гшокампа пло-дiв (Е17) мишi аналогiчноi лши, фенотипували [34]. Через 5 дiб у обох випадках у культуральне середовище укладали фрагменти NeuroGelTM, яы через 10 дiб iм-плантували у зону ЛПП одразу ж шсля моделювання травми [35].
Показник спастичносп (ПС) паретично'1' задньо'1' кшщвки визначали починаючи iз 7-i доби, зпдно зi шкалою Ashworth [37]. Враховуючи аcинхроннicть ви-значення ПС у рiзних когортах кожно!' з експеримен-тальних груп, у цьому та попередшх доcлiдженнях [32— 35, 37—43] використано стандартизовану часову шкалу вщображення результат, яка включае 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 12, 16, 20, 24-й та 28-й тижш спостереження. При-ведення шдивщуальних результат мониторингу ПС до зазначеноi шкали здшснено шляхом квазилiнiйноi ран-домiзованоi штерполяци за алгоритмом змiнного се-реднього. Вщсутшсть суттевого впливу використаного алгоритму на динам^ та внутрiшньогруповий розподл значень ПС з'ясовано окремим дослщженням iз вико-ристанням релевантних методiв статистичного аналiзу.
Протягом перших 2 мюятв спостереження щотиж-невий прирют ПС згiдно зi стандартизованою часовою шкалою (УПС) визначали за формулою:
ПС ПС
ПС n n
ПС
де n — тиждень спостереження.
Починаючи з 3-го мюяця УПС отримували за формулою:
{V^L
ПС - ПС ,
n n-1
де n — мicяць спостереження.
4
Розрахунок здiйснювали автоматично у межах про-грамного пакета Statistica 10.0, умовно приймаючи зна-чення ПС i Vnc одразу ж пiсля виходу тварини 3i стану наркотичного сну рiвними нулю (стан сшнального шоку).
Усреднен в межах групи значення Vnc представляли у виглядi М ± m, де М — середне значення вели-чини, m — стандартна похибка середнього значення. Для порiвняльноï оцшки середшх значень Vnc вико-ристовували непараметричний U-тест Манна — Yirai (Mann — Whitney U-test). У вшх випадках припущення щодо статистично'].' значущостi отриманого результату вважали правильним, якщо ймовiрнiсть нульово1 гшо-тези була меншою нiж 0,05 (р < 0,05).
Кореляцш мiж середшми значеннями ПС та рiвнем функци' паретично!' кiнцiвки (оцiненими за шкалою Basso — Beattie — Bresnahan [44, 45]) у групах «ЛПП + НСК» i «ЛПП + СККМ» упродовж експерименту ощ-нювали за допомогою непараметричного коефiцiенту рангово!' кореляци' Спiрмена (Spearman's rank correlation coefficient), результати оцшки виражали у вигляд! значення коефiцiенту r з1 звичним ix трактуванням.
Результати та обговорення
Для групи «ЛПП» характерна динамка з максимумами на 2, 4 та 7-му тижнях спостереження. в1ропд-ними виявилися змши ПС, реестрованi станом на 2, 3, 4, 6, 7-й та 20-й тиждень [32, 34].
Максимуми у груш «ЛПП + NG» реестрували станом на 1, 3 та 7-й тиждень спостереження, мшь муми — на 2, 6, 12-26-й тиждень. Статистично зна-
чущ1 змши ПС у груш виявлено станом на 3, 7, 8, 12, 16, 20-й та 24-й тиждень [32, 34], вiрогiдна р1зниця значень 1з вщповщним показником групи «ЛПП» характерна для перших 2 тижшв (р = 0,011; р = 0,007 вщповщно).
Максимуми у груш «ЛПП + НСК» реестрували на 1, 5 i 7-му тижш спостереження, мМмуми — на 4, 6 i 8-му тижш. Статистично змчущ1 часовi змши ПС у груш виявлено протягом 3-28-го тиж-ня [32, 34]. Статистично значущу р1зницю значень та показника групи «ЛПП» виявляли на 1-2-му (р < 0,001; р = 0,002) та 5-7-му тижнях (р = 0,014; р = 0,008; р = 0,018), стосовно показника групи «ЛПП + NG» — лише на 1-му тижш (р = 0,033) спо-стереження.
Максимуми групи «ЛПП + СККМ» реестрували на 2, 5, 7, 12, 20-му тижш спостереження, мМму-ми — на 4, 6, 8, 16, 24-му тижш. Статистично з^чущ1 часовi змши ПС групи виявлено станом на 2, 7, 8, 12, 16, 20, 24-й тиждень спостереження [32, 34], в1ропдну р1зницю значень та вщповщного показника групи «ЛПП» — на 1, 2, 16, 20-му тижш (р < 0,03), стосов-но показника групи «ЛПП + NG» — впродовж 4-5-го мюящв (р < 0,026), групи «ЛПП + НСК» — на 6-му та 16-му тижш (р = 0,036; р = 0,016).
Стосовно динамки протягом перших тижшв спостереження наявш 2 пари експериментальних груп: «ЛПП + NG» i «ЛПП + НСК» — зменшення VTC, «ЛПП» i «ЛПП + СККМ» — збтьшення VTC, бтьш виражено у груш «ЛПП». зжчущ! максимуми у груш «ЛПП + NG» виявляли на 3-му тижш, у груш «ЛПП + НСК» —
Рисунок 1. Динамка щотижневого приросту ПС (Vnc) протягом загального пер'юду спостереження у зазначених експериментальних групах. Данi щодо значущост в'щм'нностей м'ж групами наведено
у текстi
на 1, 5 i 7-му тижнях, у rpyni «ЛПП» — на 2, 4 i 7-му тижнях, у rpyni «ЛПП + СККМ» — на 2-му та 7-му тижнях. Отже, динамка спастичностi у групах «ЛПП» i «ЛПП + СККМ», попри Bipor^rn вiдмiнностi значень Vnc на 1, 2, 16, 20-му тижнях, схожа протягом усього перюду спостереження.
Особливосп динамiки у групах «ЛПП + НСК» i «ЛПП + СККМ» аналопчш виявленим для приросту показника функцй, дoслiджyванoro зriднo 3i шкалою Basso — Beattie — Bresnahan [46]. Додатна кореляшя сеpеднiх по груш показниыв спастичнoстi та функцй' впродовж експерименту («ЛПП + НСК» — r = 0,4 за Сшрменом; «ЛПП + СККМ» — r = 0,9 за Сшрменом) шдтверджуе цей висновок. Окpiм висвiтлених у по-пеpеднiй публкацп механiзмiв виявлено! динамiки [46] (пpoанriorеннoro впливу СККМ та глюгенного дифеpенцiювання НСК), ll наявнiсть щодо VПС, як i додатна кopеляцiя сеpеднiх по груш показниыв функцй' та спастичносп паретично! кiнцiвки, може мати пояснення методолопчного характеру. Так, у зв'язку з особливостями шкали Ashworth диференшашя «ми-мoвiльнoro» та «дoвiльнoro» компоненпв тонусу м'язiв утруднена.
Кpiм того, регенерацшне налагодження серото-нiнеpriчних впливiв на денервоваш мотонейрони, що експресують аутоактивш i, водночас, надмipнo афiннi до серотоншу форми pецептopiв сеpoтoнiнy (5-НТ2С) [47], до моменту вщновлення редагуван-ня мРНК цих pецептopiв, !х замiни на звичайнi, pедаroванi форми буде супроводжуватися парадок-сальним серотоншзалежним пiдвищенням збуд-ливoстi мoтoнейpoнiв на rai появи l'l довшьно!' ке-poванoстi. 1ншими словами, на початкових етапах вщновлення рухово1 функцй у тварин, у яких мае мюце швдащя залежного вiд редагування серото-нiнoвих pецептopiв механiзмy спастичнoстi [9, 10], позитивна корелящя мiж динамкою рухово1 функцй та спастичност протягом певного початково1 фази виновного процесу вiporiдна. Аналoriчний патoфiзioлoriчний мехашзм може pеалiзyватися й стосовно глутаматерпчно1 системи, oскiльки на pаннiх етапах сшнально1 травми наявна денерва-цшна надчyтливiсть мoтoнейpoнiв до глутамату [48], обумовлена збшьшенням експресп NR1- i NR2-сyбoдиниць NMDA-pецептopiв [12, 48, 49].
У групах «ЛПП» i «ЛПП + NG» динамiка VПС i приросту показника функцй [46] протилежш. При цьому для сеpеднiх показниыв функцй та спастич-нoстi впродовж загального перюду спостереження у груш «ЛПП» виявлено слабку додатну кореляцш (r = 0,34 за Сшрменом), у груш «ЛПП + NG» — сильну додатну кореляцш (r = 0,92 за Сшрменом) [38]. Аргументоване пояснення тако1 особливос-п стосовно групи «ЛПП + NG» ниш вщсутне. Як важлива причина може виявитися piзна швидкiсть вщновлення впливу на мотонейрони низхiдних глу-таматеpгiчних (близько 60 % уах низхiдних волокон [50—53]) та серотоншерпчних (лише 1—2 % синап-шв на пoвеpхнi мотонейрона [54]) проекцш. Обидвi
системи медiацi!' беруть участь у формуванш спас-тичностi: глутаматерпчна — на бiльш paHHix стадiях травматичного процесу, серотонiнергiчна — вщтер-мiновано [47]; обидвi вiдiграють ключову роль у збу-дженнi мотонейрона тд час нормально! функцй рухово! системи: серотонiнергiчна — як фоновий зааб створення плато-деполяризаци, тобто збудливосп клiтини, глутаматергiчна — як безпосереднш засiб передачi точних збуджувальних впливiв [9]. Зважа-ючи на це, можна припустити, що у груш «ЛПП» (показники вщновлення функцй найнижчi [46]) ыльысне спiввiдношення мiж глутамат- та серото-нiнергiчними входами на мотонейрони, шнервашя яких поступово вщновлюеться, станом на 7-му добу змщена у бiк глутаматергiчних. У груш «ЛПП + NG» на цьому ж термМ спiввiдношення може бути змщено у бiк серотоншерпчних. Протягом другого тижня сшввщношення в обох групах змшюеться на протилежне. Нарешп, у групах «ЛПП + СККМ» i «ЛПП + НСК» об'ем глутаматерпчно! та серотош-нерпчно! передачi збудження на мотонейрони ниж-че вiд рiвня травми уже починаючи з першого тижня спостереження значний, !х спiввiдношення у струк-турi синаптичних входiв ближче до нормального, отже специфка динамiки приросту рухово! функцй та спастичностi визначаеться шшими факторами [46]. Частка глутаматерпчного чи серотоншерпчно-го впливу на мотонейрон нижче вщ рiвня ураження у межах тако! патофiзiологiчноl моделi визначаеться щонайменше трьома компонентами: швидыстю ремiелiнiзацil кожного з ввддв волокон, швидкiстю встановлення синапсiв, часовою динамкою рецеп-торного спектра та молекулярно-генетичного апара-ту сигнально! трансдукцп мотонейрона.
Для верифкаци (чи фальсифкаци) запропоновано! моделi необхiднi подальшi дослщження.
Висновки
1. Мiж динамiкою спастичносп у випадку травми спинного мозку, iмплантацil у зону травми макропористого пдрогелю або iмплантацil аналопчного гiдрогелю у поеднаннi з СККМ чи НСК юнують сут-тевi вiдмiнностi протягом перших тижнiв виновного процесу.
2. У випадку iзольованоl травми спинного мозку та iмплантацi! у зону травми гiдрогелю у поеднанш з СККМ спостерiгають збтьшення приросту спастич-ностi протягом перших двох тижшв, у випадку iмплан-таци у зону травми пдрогелю або пдрогелю у поеднанш з НСК — зменшення приросту спастичность
3. Динамка приросту рухово! функцй, обраховано! за шкалою Basso — Beattie — Bresnahan, та спастичност у випадку iзольовано! травми спинного мозку та iмп-лантаци у зону травми пдрогелю протягом перших двох тижшв спостереження протилежна, у випадку iмплан-таци у зону травми пдрогелю, поеднаного з СККМ чи НСК, — однотипна.
4. Особливосп динамки спастичносп у випадку iмплантацi! у зону травми спинного мозку пдрогелю,
поеднаного з СККМ або НСК, протягом першого мь сяця спостереження можна пояснити проанпогенним впливом СККМ та глюгенним диференцiюванням НСК.
5. Особливост динамiки рухово! функци та спастич-ностi у випадку iзольовано'í травми спинного мозку та iмплантацií у зону травми гiдрогелю протягом перших тижшв вiдновного процесу можна пояснити рiзними темпами вiдновлення супрасшнально! серотоншерпч-но! та глутаматерпчно! передачi збудження на денерво-ванi мотонейрони.
Конфлжт штереив. Автори заявляють про вщ-сутнiсть конфлiкту iнтересiв при шдготовщ дано! статтi.
Список лператури
1. Werner J.K. Traumatic brain injury: recent advances in plasticity and regeneration / J.K. Werner, R.D. Stevens // Curr. Opin. Neurol. - 2015. - Vol. 28, № 6. - P. 565-573.
2. Wen Z. Therapeutic potentials of synapses after traumatic brain injury: a comprehensive review [Електронний ресурс] / Z. Wen, D. Li, M. Shen, G. Chen // Neural. Plast. - 2017. - Vol. 2017, ID 4296075. - P. 1-8. - Режим доступу: https://www.hindawi.com/ journals/np/2017/4296075/.
3. Cattin A.-L. The multicellular complexity of peripheral nerve regeneration /A.-L. Cattin, A.C. Lloyd// Cur. Opin. Neurobiol. -2016. - Vol. 39. - P. 38-46. - doi: 10.1016/j.conb.2016.04.005.
4. Mohanty C.B., Bhat D., Devi B.I. Role of central plasticity in the outcome of peripheral nerve regeneration / C.B. Mohanty, D. Bhat, B.I. Devi//Neurosurgery. - 2015. - Vol. 77, № 3. - P. 418-423. -doi: 10.1227/NEU.0000000000000851.
5. Цымбалюк В.И. Спинной мозг. Элегия надежды: монография / В.И. Цымбалюк, В.В. Медведев. - Винница: Нова Книга, 2010. - 944 с.
6. Young W. Spinal cord regeneration / W. Young // Cell. Transplantation. - 2014. - Vol. 23, № 4-5. - P. 573-611. - doi: 10.3727/096368914X678427.
7. Rao S.N.R. Regulating axonal responses to injury: the intersection between signaling pathways involved in axon myelination and the inhibition of axon regeneration [Електронний ресурс] / S.N.R. Rao, D.D. Pearse // Front. Mol. Neurosci. - 2016. - Vol. 9, ID 33. -Режим доступу: http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fn-mol.2016.00033/full.
8. 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-Sorensen// Neurobiol. Dis. - 2014. - Vol. 62. - P. 338-353. - doi: 10.1016/j. nbd.2013.10.014.
9. Recovery of neuronal and network excitability after spinal cord injury and implications for spasticity [Електронний ресурс]/ J.M. D'Amico, E.G. Condliffe, K.J.B. Martins [et al.]// Front. Int. Neurosci. - 2014. - Vol. 8, Article 36. - P. 1-24. -Режим доступу: http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/ fnint.2014.00036/full.
10. Decrease of mRNA editing after spinal cord injury is caused by down-regulation of ADAR2 that is triggered by inflammatory response [Електронний ресурс]/A.F. Di Narzo, A. Kozlenkov, Y. Ge, B. Zhang, L. Sanelli, Z. May [et al.]// Sci. Rep. - 2015. - Vol. 5,
Article 12615. — P. 1—15. — Режим доступу: http://www.nature. com/articles/srep12615.
11. Spinal shock revisited: a four-phase model / J.F. Ditunno, J.W. Little, A. Tessler, A.S. Burns//Spinal. Cord. — 2004. — Vol. 42, № 7. — P. 383-395.
12. Global gene expression analysis of rodent motor neurons following spinal cord injury associate molecular mechanisms with development of post-injury spasticity / J. Wienecke, A.-C. Westerdahl, H. Hultborn, O. Kiehn, J. Ryge // J. Neurophysiol. — 2010. — Vol. 103, № 2. — P. 761-778.
13. Down-regulation of the potassium-chloride cotransporter KCC2 contributes to spasticity after spinal cord injury / P. Boulen-guez, S. Liabeuf, R. Bos [et al.] // Nat. Med. — 2010. — Vol. 16, № 3. — P. 302-307.
14. Вплив експериментально! стнально! травми на тканинну експреаю мРНКдеяких елементiв медiаторних систем спинного мозку / В.1. Цимбалюк, В.В. Медведев, 1.Г. Васильева, В.1. Ко-зявкн, О.С. Галанта, О.1. Цюбко [та т.]// КлШчна хiрургiя. — 2017. — № 4. — С. 69-73.
15. Concise review: spinal cord injuries — how could adult mesenchymal and neural crest stem cells take up the challenge? / V. Nei-rinckx, D. Cantinieaux, C. Coste [et al.]// Stem. Cells. — 2014. — Vol. 32, № 4. — P. 829-843. — doi: 10.1002/stem.1579.
16. Руховi функци та iмунний статус хворих на розаяний склероз тсля ендолюмбального введення алогенних феталь-них нейроклтин / В.1. Цимбалюк, Л.1. Соколова, М.1. Лаяний, О.В. Маркова, Л.Д. Пчкур, Л.Л. Чеботарьова [та ш.] // Укранський неврологiчний журнал. — 2007. — № 1(2). — С. 40-45.
17. Ben-Hur T. Immunomodulation by neural stem cells / T. Ben-Hur //J. Neurol. Sci. — 2008. — Vol. 265, № 1-2. — P. 102-104.
18. Human neural stem cells ameliorate autoimmune encephalomyelitis in non-human primates / S. Pluchino, A. Grit-ti, E. Blezer, S. Amadio, E. Brambilla, G. Borsellino [et al.] // Ann. Neurol. — 2009. — Vol. 66, № 3. — P. 343-354. — doi: 10.1002/ana.21745.
19. Treatment of multiple sclerosis by transplantation of neural stem cells derived from induced pluripotent stem cells / C. Zhang, J. Cao, X. Li, H. Xu, W. Wang, L. Wang [et al.]// Sci. China Life Sci. — 2016. — Vol. 59, № 9. — P. 950-957. — doi: 10.1007/s11427-016-0114-9.
20. Cell transplantation therapy for spinal cord injury / P. Assinck, G.J. Duncan, B.J. Hilton, J.R. Plemel, W. Tetz,laff // Nat. Neurosci. — 2017. — Vol. 20, № 5. — P. 637-47. — doi: 10.1038/nn.4541.
21. Amelioration of motor/sensory dysfunction and spasticity in a rat model of acute lumbar spinal cord injury by human neural stem cell transplantation [Електронний ресурс]/S. van Gorp, M. Leerink, O. Kakinohana [et al.]// Stem. Cell Res. Ther. — 2013. — Vol. 4, Article 57. — P. 1-22. — Режим доступу: https://stemcellres.biomed-central.com/articles/10.1186/scrt209.
22. Hydrogels and cell based therapies in spinal cord injury regen -eration [Електроннийресурс]/R.C. Assunqao-Silva, E.D. Gomes, N. Sousa, N.A. Silva, A.J. Salgado [et al.] // Stem. Cells International. — 2015. — Vol. 2015, Article 948040. — P. 1-24. — Режим доступу: https://www.hindawi.com/journals/sci/2015/948040.
23. Siebert J.R. Biomaterial approaches to enhancing neuroresto-ration after spinal cord injury: strategies for overcoming inherent biological obstacles [Електронний ресурс] / J.R. Siebert, A.M. Eade,
D.J. Osterhout // BioMed. Res. Int. — 2015. — Vol. 2015, Article 752572. — P. 1-20. — Режим доступу: https://www.hindawi.com/ journals/bmri/2015/752572.
24. Tian L. Strategies for regeneration of components of nervous system: scaffolds, cells and biomolecules/L. Tian, M.P. Prabhakaran, S. Ramakrishna//Regen. Biomater. — 2015. — Vol. 2, № 1. — P. 3145. — doi: 10.1093/rb/rbu017.
25. Treatment of refractory epilepsy patients with autologous mesenchymal stem cells reduces seizure frequency: an open label study / F. Hlebokaz,ov, T. Dakukina, S. Ihnatsenko, S. Kosmacheva, M. Po-tapnev, A. Shakhbazau [et al.]//Adv. Med. Sci. — 2017. — Vol. 62, № 2. — P. 273-279. — doi: 10.1016/j.advms.2016.12.004.
26. Shakhbazau A. Autologous mesenchymal stromal cells as a therapeutic in ALS and epilepsy patients: treatment modalities and ex vivo neural differentiation/A.. Shakhbazau, M. Potapnev// Cytother-apy. — 2016. — Vol. 18, № 10. — P. 1245-1255. — doi: 10.1016/j. jcyt.2016.06.001.
27. Ng M.T.L. Vascular disruption and the role of angiogenic proteins after spinal cord injury / M.T.L. Ng, A.T. Stammers,
B.K. Kwon // Transl. Stroke Res. — 2011. — Vol. 2, № 4. — P. 474491. — doi: 10.1007/s12975-011-0109-x.
28. 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. 79007916. — doi: 10.3390/ijms16047900.
29. 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. — doi: 10.4103/1673-5374.156966.
30. Cytokine and growth factor activation in vivo and in vitro after spinal cord injury [Електроннийресурс]/E. Garcia, J. Aguilar-Ce-vallos, R. Silva-Garcia, A. Ibarra//Mediators Inflamm. — 2016. — Vol. 2016, Article ID 9476020. — P. 1-21. — Режим доступу: https://www.hindawi.com/journals/mi/2016/9476020.
31. 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. — doi: 10.1242/dmm.025833.
32. Вплив тплантащ! NeuroGel™ у асощаци з ксеногенними стовбуровими клтинами тсткового мозку на динамку синдрому спастичностi тсля стнально! травми в експериментi/В.1. Цим-балюк, В.В. Медведев, О.А. Рибачук, В.1. Козявкн, Н.Г. Драгун-цова // Мiжнародний неврологiчний журнал. — 2016. — № 7. —
C. 20-26. — doi: 10.22141/2224-0713.7.85.2016.86913.
33. Вплив обмеження спонтанно! локомоторно! активностi на перебк синдрому спастичностi за умови експериментально! травми спинного мозку та шплантащ! матриксу NeuroGel™, асоцшо-ваного з нейрогенними стовбуровими клтинами / В.1. Козявкш,
B.1. Цимбалюк, В.В. Медведев, О.А. Рибачук, Н.Г. Драгунцова // Буковинський медичний вкник. — 2016. — Т. 20, № 4. — С. 83-89.
34. Вплив ксенотрансплантащ! нейрогенних стовбурових клтин у комплека з тканинним матриксом NeuroGel™ на перебк синдрому посттравматично! спастичностi в експери-ментi / В.1. Цимбалюк, В.В. Медведев, О.А. Рибачук, В.1. Ко-зявкт, Н.Г. Драгунцова // Нянина хiрургiя. — 2017. — № 3. —
C. 44-47.
35. Модель переачення половини поперечника спинного мозку. Частина I. Техтчт, патоморфологiчнi та клтко-експеримен-тальт особливостi / В.1. Цимбалюк, В.В. Медведев, В.М. Семенова, Н.Я. Гридна, Ю.Ю. Сенчик, О.М. Величко [та н.] //
Укратський нейрохiрургiчний журнал. — 2016. — №2. — С. 18-27.
36. Reconstruction of the transected cat spinal cord following NeuroGel implantation: axonal tracing, immunohistochemi-cal and ultrastructural studies / S. Woerly, V.D. Doan, N. Sosa [et al.] // Int. J. Dev. Neurosci. — 2001. — Vol. 19, № 1. — P. 63-83.
37. Модель поперечного переачення половини спинного мозку. Частина II. Стан нервово-м'язового апарату, синдром посттравматично! спастичностi та хротчний больовий синдром / B.I. Цимбалюк, В.В. Медведев, Н.Я. Гридта, Ю.Ю. Сенчик, Л.М. Султ, М.М. Татарчук [та т.]// Укратський нейрох!рур-гiчний журнал. — 2016. — № 3. — С. 9-17.
38. Медведев В.В. Варiаmивнiсmь кореляци р!вня функци та спастичностi паретично! ктщвки за рiзного перебiгу вiд-новного процесу на моделi стнально! травми / В.В. Медведев // Шпитальна хiрургiя. — 2016. — № 4. — С. 21-26. — doi 10.11603/2414-4533.2016.4.7180.
39. Клiнiко-морфологiчнi особливосmi моделi в!дкрито! про-никно! травми спинного мозку з тривалим перебуванням сторон-нього тыа у хребтовому каналг/В.1. Цимбалюк, В.В. Медведев, В.М. Семенова, Н.Я. Гридта, Ю.Я. Ямтський, Ю.Ю. Сенчик [та т.] // Укра!нський нейрохгрурггчний журнал. — 2016. — № 4. — С. 16-25.
40. Вплив трансплантащ! тканини нюхово! цибулини на пе-реб1г синдрому спастичностi та хротчного больового синдрому при травмг спинного мозку в експериментг / В.1. Цимбалюк, В.В. Медведев, Ю.Ю. Сенчик, Н.Я. Гридта, М.М. Татарчук, Н.Г. Драгунцова [та т.]// Укратський неврологгчний журнал. — 2016. — № 4. — С. 59-66.
41. Вплив трансплантащ! тканини фетального мозочка на переб1г синдрому спастичностi та хротчного больового синдрому при експериментальтй травмг спинного мозку у щургв /
B.В. Медведев, Ю.Ю. Сенчик, М.М. Татарчук, Н.Г. Драгунцова,
C.М. Дичко, В.1. Цимбалюк//Клтинна та органна трансплантология. — 2017. — Т. 5, № 1. — С. 44-49.
42. Вплив 1мплантаци NeuroGel™у поеднант з ксеногенними стовбуровими клтинами нервового гребня на переб1г синдрому спастичностi тсля експериментально! травми спинного мозку /В.1. Цимбалюк, В.В. Медведев, Р.Г. Васильев, О.А. Рибачук,
B.1. Козявкт, Н.Г. Драгунцова // М1жнародний невролог1чний журнал. — 2017. — № 1. — С. 12-17. — doi: 10.22141/22240713.1.87.2017.96533.
43. Модель в1дкрито! проникно! травми спинного мозку з тривалою персистенщею бюсумкного стороннього тыа у канал1 хребта. Синдром посттравматично! спастичностi / В.1. Цимбалюк, В.В. Медведев, Н.Я. Гридта, Ю.Ю. Сенчик, М.М. Татарчук, Н.Г. Драгунцова [та т.]//КлМчна хiрургiя. — 2016. — № 10. — С. 67-71.
44. Вплив ксенотрансплантацИ нейрогенних стовбурових клтин у комплека з тканинним матриксом NeuroGel™ на вiд-новлення рухово! функци спинного мозку щура тсля експериментально! стнально! травми / В.1. Цимбалюк, В.В. Медведев, О.А. Рибачук [та т.] // КлМчна хiрургiя. — 2017. — № 1. —
C. 64-66.
45. Вплив iмпланmацi! NeuroGel™ у асощаци з ксеногенними стовбуровими клтинами тсткового мозку на вiдновлення рухово! функци задньо! ктщвки щура тсля стнально! травми / В.1. Цимбалюк, В.В. Медведев, О.А. Рибачук, В.1. Козяв-
Kin [та in.] // Мiжнародний неврологiчний журнал. — 2016. — № 6(84). — С. 13-19.
46. Порiвняльний аналiз динамКи вiдновлення руховог функ-ци паретичног кшщвки щура тсля травми спинного мозку та вiдновних нейрошженерних втручань i3 використанням стов-бурових клтин мезенхiмального й нейрогенного фенотипу /
B.1. Цимбалюк, В.В. Медведев, Ю.Ю. Сенчик, Н.Г. Драгунцо-ва//Мiжнародний неврологiчний журнал. — 2017. — № 7(93). —
C. 16-22.
47. The time course of serotonin 2C receptor expression after spinal transection of rats: an immunohistochemical study / L.-Q. Ren, J. Wienecke, M. Chen [et al.]//Neuroscience. — 2013. — Vol. 236. — P. 31-46. — doi: 10.1016/j.neuroscience.2012.12.063.
48. Spinal shock revisited: a four-phase model / J.F. Ditunno, J.W. Little, A.. Tessler, A.S. Burns//Spinal. Cord. — 2004. — Vol. 42, № 7. — P. 383-395. — doi: 10.1038/sj.sc.3101603.
49. Phrenic motoneuron expression of serotonergic and glu-tamatergic receptors following upper cervical spinal cord injury / C.B. Mantilla, J.P. Bailey, W.Z. Zhan, G.C. Sieck//Exp. Neurol. — 2012. — Vol. 234, № 1. — P. 191-199. — doi: 10.1016/j.expneu-rol.2011.12.036.
50. Neurotransmitter phenotypes of descending systems in the rat lumbar spinal cord/A.. du Beau, S. Shakya Shrestha, B.A. Bannatyne
[et al.]//Neuroscience. — 2012. — Vol. 227. — P. 67-79. — doi: 10.1016/j.neuroscience.2012.09.037.
51. Origin and neurochemical properties of bulbospinal neurons projecting to the rat lumbar spinal cord via the medial longitudinal fasciculus and caudal ventrolateral medulla [Електронний ресурс] / Z. Huma, A. Du Beau, C. Brown, D.J. Maxwell // Front. Neural Circuit. — 2014. — Vol. 8, Article 40. — P. 1-14. — Режим доступу: http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/ fncir.2014.00040/full.
52. Terminations of reticulospinal fibers originating from the gi-gantocellular reticular formation in the mouse spinal cord / H. Liang, C. Watson, G. Paxinos // Brain Struct. Funct. — 2016. — Vol. 221, № 3. — P. 1623-1633. — doi: 10.1007/s00429-015-0993-z.
53. Synaptic control of motoneuronal excitability / J.C. Rekling, G.D. Funk, D.A. Bayliss [et al.]// Physiol. Rev. — 2000. — Vol. 80, № 2. — P. 767-852.
54. Distribution of 5-hydroxytryptamine-immunoreactive boutons on alpha-motoneurons in the lumbar spinal cord of adult cats / F.J. Alvarez, J.C. Pearson, D. Harrington [et al.]// J. Comp. Neurol. — 1998. — Vol. 393, № 1. — P. 69-83.
Отримано 18.03.2018 ■
Цымбалюк В.И124, Медведев В.В.2, Сенчик Ю.Ю.3, Драгунцова Н.Г.4 Национальная академия медицинских наук Украины, г. Киев, Украина Национальный медицинский университет имени А.А. Богомольца, г. Киев, Украина 3Киевская городская клиническая больница скорой медицинской помощи, г. Киев, Украина 4ГУ «Институт нейрохирургии им. акад. А.П. Ромоданова НАМН Украины», г. Киев, Украина
Сравнительный анализ динамики спастичности паретической конечности крысы после травмы спинного мозга и восстановительных нейроинженерных вмешательств с использованием стволовых клеток мезенхимального и нейрогенного фенотипа
Резюме. Цель исследования: сравнить динамику спастичности паретической конечности 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.1. та ствавт., 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 Ти (n = 16); «ЛПП + NG» — ЛПП + немедленная гомотопическая имплантация фрагмента макропористого гидрогеля (NeuroGel™ — 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 спастичности (ПС) паретической конечности — шкала Ashworth; расчет еженедельного прироста ПС (УПС), а также статистический анализ — в программном пакете Statistica 10.0. Результаты. В отношении динамики V^ в
течение первых двух недель наблюдения можно выделить 2 пары групп: «ЛПП + NG» и «ЛПП + НСК» — уменьшение Vnc, «ЛПП» и «ЛПП + СККМ» — увеличение УПС, более выраженное в группе «ЛПП». Особенности динамики Vm в группах «ЛПП + НСК» и «ЛПП + СККМ» аналогичны выявленным для прироста показателя функции, изученной по шкале Basso — Beattie — Bresnahan, что можно объяснить ограниченностью шкалы Ashworth для дифференциации «непроизвольного» и «произвольного» компонентов мышечного тонуса экспериментальных животных, а также первичным проспастическим эффектом реиннервации мотонейронов нисходящими глутамат- и серотонинергическими волокнами. В группах «ЛПП» и «ЛПП + NG» динамика Vm и прироста показателя функции противоположны, что можно объяснить различными темпами восстановления супраспи-нальной серотонинергической и глутаматергической передачи возбуждения на денервированные мотонейроны. Выводы. Между динамикой спастичности в случае травмы спинного мозга, имплантации в зону травмы макропористого гидрогеля или имплантации гидрогеля в сочетании с СККМ или НСК определяются существенные отличия в течение первых недель восстановительного процесса, обусловленные особенностями использованных средств восстановительного лечения и причинами методологического характера. Ключевые слова: травма спинного мозга; спастичность; прирост и ускорение прироста спастичности; стволовые клетки костного мозга; нейрогенные стволовые клетки; макропористый гидрогель; динамический анализ
V.I. Tsymbaliuk124, V.V. Medvediev2, Yu.Yu. Senchyk3, N.G. Draguntsova4 1National Academy of Medical Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine 2Bogomolets National Medical University, Kyiv, Ukraine 3Kyiv City Clinical Emergency Hospital, Kyiv, Ukraine
4State Institution "Romodanov Neurosurgery Institute of the National Academy of Medical Sciences of Ukraine", Kyiv, Ukraine
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
Abstract. Background. To compare paretic limb spasticity dynamics after macroporous hydrogel implantation in combination with bone marrow stem cells (BMSC) and neural stem cells (NSC) after the left-side spinal cord hemisection (LSH) in the adult rat was the purpose of the study. Materials and methods. As the primary digital data, the empirical data obtained in previous studies (Tsymbaliuk V.I. et al., 2016, 2017) has been used. Animals — albino male rats (SI "Romodanov Neurosurgery Institute of the NAMS of Ukraine"; inbred line based on Wistar; groups of LSH and LSH + NeuroGel™ (NG)) and Wistar male rats (Bogomolets Institute of Physiology; groups of LSH + NSC and LSH + BMSC), age 5 months, weight 250 g. Experimental groups: LSH — LSH at the Tn level (n = 16); LSH + NG — LSH + immediate homotopical implantation of macroporouse hydrogel (NG; n = 20); LSH + NSC — LSH + analogous implantation of macroporouse hydrogel associated with fetal mouse NSC (n = 20); LSH + BMSC — LSH + analogous implantation of macroporouse hydrogel associated with adult rat BMSC (n = 16). The ipsilateral hindlimb spasticity indicator (SI) was detected using the Ashworth scale; SI weekly gain calculation (VSI), as well as statistical analysis were performed using the software package Statistica 10.0. Results. Regarding the dynamics of VSI during the first two weeks of observation, two pairs of groups
can be identified: LSH + NG and LSH + NSC — reduction of VSI; LSH and LSH + BMSC — an increase in VSI, more pronounced in the LSH group. The features of the VSI dynamics in the groups of LSH + NSC and LSH + BMSC are similar to those found for the function indicator weekly gain studied under the Basso-Beattie-Bresnahan scale that can be explained by the limitations of the Ash-worth scale regarding the differentiation of involuntary and voluntary components of the muscular tone in experimental animals, as well as the primary prospastic effect of motor neuron reinnervation by descending glutamate and serotoninergic fibers. In the groups of LSH and LSH + NG, the dynamics of VSI and function indicator weekly gain are opposite, which can be explained by different rates of recovery of supraspinal serotoninergic and glutamatergic input to denervated motor neurons. Conclusions. During the first weeks of restorative process, there is a significant difference between the dynamics of spasticity in case of spinal cord injury, macroporous hydrogel implantation into the injury area, or the hydrogel implantation in combination with BMSC or NSC, due to the features of the rehabilitation methods and methodological reasons. Keywords: spinal cord injury; spasticity; gain of spasticity; bone marrow stem cells; neural stem cells; macroporous hydrogel; dynamic analysis
