CC BY
15
ш
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: 10.22141/2224-0713.7.93.2017.116543
ЦимбалюкВ.1.1-3, Медведев В.В.3, СенчикЮ.Ю.4, Драгунцова Н.Г.2
1 На^ональна академiя медичних наук Укра'ни, м. Кит, Укра'на
2 ДУ «1нститутнейрохiрургi¡iM. акад. А.П. Ромоданова НАМН Украни», м. Кит, Укра'на
3 На^ональний медичний унiверситет iменi О.О. Богомольця, м. Кит, Укра'на
4 Китська мська клiнiчна лiкарня швидко'1' медично¡допомоги, м. Кит, Укра'на
Порiвняльний ан^з динамки вшновлення руховоТ функци паретичноТ кшщвки щура шсля травми спинного мозку та вшновних нейроiнженерних втручань i3 використанням стовбурових клiтин
■ WW ■
мезенхiмального й нейрогенного фенотипу
Резюме. Мета до^дження. nopiemmu динамжуpiemруховог функци на mni iM^aHma^iмакропористого гiдpогелю в поеднанш si стовбуровими клтинами кюткового мозку (СККМ) та нейрогенними стовбу-ровими клтинами (НСК) на моделiлiвобiчного половинного перетину (ЛПП) спинного мозку зриого щура. Mamepimu та методи. Як первинш цифpовi дат використано емтричний мamеpiaл, отриманий у pядi попередшх доЫджень (Цимбалюк B.I. та ствавт., 2016, 2017). Тварини — 6wi щури-самщ (ДУ«1нститут нейpохipуpгii iменi акад. А.П. Ромоданова НАМН Украти»; тбредна лЫгя на основi Wistar; групи ЛПП, ЛПП + NG) та щури-самщ лти Wistar (1нститут фiзiологii iменi О.О. Богомольця НАНУкрати; групи ЛПП + НСК та ЛПП + СККМ) вком 5 мЬс, масою 250 г. Експериментальн групи: ЛПП— ЛПП спинного мозку наpiвнi Тп (n = 40); ЛПП + NG — ЛПП + негайна гомотошчна iмплaнmaцiя фрагмента макропористого гiдpогелю (NeuroGel™ (NG); n = 20); ЛПП + НСК — ЛПП + aнaлогiчнa iмплaнmaцiя фрагмента макропористого гiдpогелю, асоцшованого з фетальними НСК мишi (n = 20); ЛПП + СККМ— ЛПП + ана-логiчнa iмплaнmaцiя фрагмента макропористого гiдpогелю, асоцшованого i-з СККМзрыог мишi (n = 16). Монторинг показника функци (ПФ) паретичног кнщвки — шкала Basso — Beattie — Bresnahan; розрахунок тижневого приросту ПФ, прискорення приросту, а також статистичний анализ — у межах програмного пакету Statistica 10.0. Результати. Динамка ПФ на mлi трансплантаци у зону травми НСК та СККМ у комплека з макропористим гiдpогелем суттево вiдpiзняеmься протягом першого мюяця спостереження. Для групи ЛПП + НСК характерна максимальна швидксть вiдновлення руховог функци на 1-му тижш, менша — впродовж 2-3-го тижня. Для груп ЛПП + СККМ та ЛПП + NG максимальна актившсть вiд-новленняруховог функци выявлена на 2-му тижш. Р1зниця може бути обумовлена характерним для СККМ проангюгенним впливом та глюгенним диференщюванням НСК. Висновки. Тмплантащя макропористого гiдpогелю в комплека з НСК чи СККМ у зону травми спинного мозку суттево покращуе вiдновленняруховог функци паретичног кнщвки, впливаючи наpiзнi пamофiзiологiчнi мехашзми протягом гострого, раннього та пpомiжного пеpiодiв стнальног травми.
Ключовi слова: травма спинного мозку; рухова функщя кщщвки; прирют та прискорення приросту руховог функци; сmовбуpовi клтини кюткового мозку; нейрогенш сmовбуpовi клтини; макропористий гiдpогель; динaмiчний аналЬз
© <^жнародний невролопчний журнал», 2017 © «International Neurological Journal», 2017
© Видавець Заславський О.Ю., 2017 © Publisher Zaslavsky O.Yu., 2017
Для кореспонденцп: Медведев Володимир В^торович, кандидат медичних наук, доцент кафедри нейрохiрурпi, Нацюнальний медичний
уыверситет iменi О.О. Богомольця, бульв. Т. Шевченка, 13, м. Ки'|'в, 02000, Укра'|'на; факс: + 38 (044) 483-12-53; e-mail: vavo2010@gmail.com;
контактний тел.: + 38 (050) 504-87-88.
For correspondence: Volodymyr Medvediev, 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
Одшею з невирiшених соцiально значимих проблем сучасно! бюмедично! науки е вщновне лшування травми спинного мозку. Перспектива виршення про-блеми пов'язана з розвитком технологи тканинно! ш-женерй' та нейробiонiки [1—5]. До перелку видiв незрь лих клггин, ефективнiсть трансплантацй' яких у комплекс з бiосумiсними матриксами при трaвмi спинного мозку активно вивчають, вiдносять стовбуровi клiтини ысткового мозку (СККМ) [6—8]. Ефективнiсть трансплантацй' СККМ дощльно порiвнювaти з результатами втручань за участю нейрогенних стовбурових кль тин (НСК), отримання яких у клiнiчних умовах значно утруднене. На даний час питання про мехашзми позитивного впливу трансплантацй СККМ залишаеться вщкритим [6, 9]. З огляду на фазнють перебпу травми спинного мозку [10, 11], суттевi вiдмiнностi патофь зюлогп ii перiодiв [12—18] важливу роль у визнaченнi мехaнiзмiв позитивного ефекту виновного втручання може вщграти з'ясування часових особливостей його впливу на рухову функцiю паретичних кшщвок. У да-нiй роботi наведено результати використання такого методолопчного шдходу для порiвняльного aнaлiзу ефективностi ксенотрансплантаци СККМ та НСК у комплекс з макропористим гiдрогелем на моделi бiчного половинного перетину спинного мозку зрто-го щура.
Матерiали та методи
Як первинш цифровi даш використано емшрич-ний матерiал, отриманий у рядi попереднiх досль джень [19, 20], виконаних iз дотриманням чинних норм бюетики на бтих щурах-самцях (ДУ «1нститут нейрохiрургii' iменi акад. А.П. Ромоданова НАМН Укра'ни»; iнбреднa лiнiя на основi Wistar; групи ЛПП, ЛПП + NG) та щурах-самцях лши Wistar Институт фiзiологii' iменi О.О. Богомольця НАН Укра-!'ни; групи ЛПП + НСК та ЛПП + СККМ), вшом 5 мю., масою 250 г, утримуваних у стандартних умовах. Експериментальш групи: ЛПП — лiвобiчний по-ловинний перетин (ЛПП) спинного мозку (n = 40); ЛПП + NG — ЛПП + негайна гомототчна iмплaнтa-щя фрагмента макропористого гiдрогелю (NeuroGel™ (NG); n = 20); ЛПП + НСК — ЛПП + гомототчна iмплaнтaцiя фрагмента макропористого пдрогелю, асоцшованого з фетальними НСК мишi (n = 20); ЛПП + СККМ — ЛПП + гомототчна iмплaнтaцiя фрагмента макропористого пдрогелю, асоцтованого з СККМ зрто! мишi (n = 16).
Оперaтивнi втручання здтснювали за умов за-гального знеболювання (внутршньоочеревин-не введення сумiшi розчитв ксилазину (Biowet, Польща; 15 мг/кг) i кетaмiну («Гедеон Рiхтер А.О.», Угорщина; 70 мг/кг)). Протокол виконання ЛПП включав ламтектомш на рiвнi Тп, перфорування спинного мозку по лiвому краю задньо! середин-но! артерп у дорсовентральному напрямку, перетин лГво! половини спинного мозку офтальмоло-
пчними ножицями, контроль повноти перетину [21]. Макропористий пдрогель NeuroGel™ [22] (полЦ^(2-пдроксипрошл)-метакриламщ]) синте-зовано в лабораторп E. Pinet (FISO Technologies Inc., Quebec, Canada) шляхом гетерогенно! пол1меризацН та асощацп. СККМ отримували в мишей-самц1в ль нй' FVB-Cg-Tg(GFPU)5Nagy/J (трансгенно! за геном зеленого флуоресцентного бшка) в1ком 3 Mic., масою 40 г шляхом вимивання 3i стегново! кicтки; клггини культивували за стандартних умов у присут-ноcтi 1 нг/мл основного фактора росту фiброблаc-тiв (Sigma, США), фенотипували та дослщжували на здаттсть до диференцiювання в адипогенному та остеогенному напрямках [20]. НСК отримували з гшокампа плодiв (Е17) мишi аналопчно! лтп, культивували в багатокомпонентному cередовищi в присутносп 10 нМ фактора росту фiброблаcтiв 2 (Sigma, США) [19]. Через 5 дiб у обох випадках у се-редовище вкладали фрагменти NeuroGel™, культивували протягом 10 дiб. Трансплантащю в рану спинного мозку фрагменпв матрикса здiйcнювали одразу ж шсля моделювання ЛПП, рану закривали звичайним чином, застосовували протизапальну та антибактерiальну терапiю [21].
Показник функцн (ПФ) задньо! шсилатераль-но! щодо зони травми кiнцiвки визначали почина-ючи iз 7-! доби зпдно зi шкалою, запропонованою D.M. Basso, M.S. Beattie та J.C. Bresnahan [21]. Вра-ховуючи асинхроншсть визначення ПФ у рiзних когортах кожно! експериментально! групи, у цьому та попередшх доcлiдженнях [19—21, 23—31] використано стандартизовану часову шкалу вщображення результапв, яка включае 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 12, 16, 20, 24, 28-й тижт загального перюду спостереження. Приведення iндивiдуальних результапв монiторингу ПФ до зазначено! часово! шкали здiйcнено шляхом квазшншно! рандомiзовано! ттерполяци за алгоритмом ковзного середнього. Вщсутшсть суттево-го впливу використаного алгоритму на динамту та внутршньогруповий розподiл значень ПФ з'ясовано окремим дослщженням з використанням релевант-них методiв статистичного аналiзу.
Протягом перших 2 мюящв спостереження щотиж-невий прирicт ПФ (VПФ, швидысть змiни ПФ з точшс-тю до одного тижня згiдно зi стандартизованою часовою шкалою) визначали за формулою:
(УФ = ПФ - ПФ
1 ПФ n n n-P
де n — тиждень спостереження.
Аналогiчно обчислювали прискорення приросту ПФ (а„Ф).
Починаючи з 3-го мicяця VПФ i аПФ отримували за формулою:
ПФ - ПФ ,
{V } = -n-n-1 ,
I ' ПФ n
де n — мюяць спостереження.
Розрахунок здшснювали автоматично в межах програмного пакета Statistica 10.0 на персональному комп'ютерi, умовно приймаючи значення ПФ, V^ i аПф одразу ж тсля виходу тварини зГ стану наркотичного сну рГвними нулю (стан стнального шоку).
Для порГвняльно! оцшки середшх у групах значень дослГджуваних показниыв використовували непараме-тричний U-тест Манна — Yrrai (Mann-Whitney U-test). У всГх випадках припущення щодо статистично! зна-чущост отриманого результату вважали вГрним, якщо ймовГршсть нульово! гшотези була меншою шж 0,05 (р < 0,05). Усереднеш величини подавали у виглядГ М ± m, де М — середне значення величини, m — стандартна похибка середнього значення.
Результати
Протягом перших 2 тижшв спостереження у гру-пi ЛПП вiдмiчaли iнтенcивне зменшення VПФ на 1 бал/тиж, упродовж наступних 3 тижшв — до нульово-го значення, яке утримувалося до кшця експерименту (рис. 1). Максимум аПФ виявляли на 1-му тижнi, мшь мум — на 2-му тижш (рис. 2).
Динамiка VПФ та аПФ у групi ЛПП + NG характеризуемся наявнicтю макcимумiв, реестрованих станом на 2-й i 6-й (VПФ) та на 1-2-й i 6-й тиждень спостереження (аПФ), а також мiнiмумiв, реестрованих станом на 1-й i 5-й (УПФ) та 3-й (аПФ) тиждень спостереження (рис. 1, 2). Вiрогiднi змши ПФ вiдмiчали станом на
с га
^ 2 ©
с
ь 1
и 1 S
а „
-ЛПП
-NG
-•- •ЛПП+НСК
-ЛПП + СККМ
1-1-1-1-г
1 2 3 4 5
1-1-г
6 7 8 12
1-1-г
16 20 24 28
Тривалкть спостереження, тижш
3
Рисунок 1. Динамка приросту показника функцИ (Vn0) паретично)' к1нц1вки у зазначених експериментальних групах упродовж загального перюду спостереження. Дан щодо статистично)
значущост в'щм'шностей наведено в текст
Тривалкть спостереження, тижш
Рисунок 2. Динамка приросту показника функцИ (аПФ) паретично) к1нц1вки в зазначених експериментальних групах упродовж загального пер 'юду спостереження
2-3-й, 7-й, 8-й, 12-й та 20-й тиждень спостережен-ня [19, 20]. Статистично значущу рiзницю значень Vno з показником групи ЛПП виявляли протягом
2-4-го тижня (р < 0,001; р = 0,002; р = 0,001).
Для динамши Vno та аПф групи ЛПП + НСК харак-тернi максимуми на 1-му i 8-му (VПф) та 1-му i 3-му тижнi спостереження (аПф), а також мiнiмуми на
4-му (УПф) та 2-му i 4-му (аПф) тижнi спостереження (рис. 1, 2). Вщ'емш значення V^ не виявляли, вiро-гiднi змши Пф групи реестрували станом на 2, 4, 5, 8, 16, 20, 24, 28-й тиждень спостереження [19]. Статистично значущу рiзницю значень V^ та показника групи ЛПП виявляли на 1-му та 4-му тижш (р < 0,001; р = 0,002), групи ЛПП + NG — упродовж перших
2 тижшв (р = 0,02; р = 0,006).
Для динамши V^ та аПф у груш ЛПП + СККМ характерш максимуми на 2, 4, 8-му (УПф), 1, 4, 6-му (аПф) тижнях спостереження, а також мШмуми на
3-му i 5-му (УПф) та 3, 5, 12-му (аПф) тижнях спостереження (рис. 1, 2). Вiрогiднi змши Пф реестрували станом на 2, 4, 5, 8, 16, 20, 24, 28-й тиждень спостереження [20]. Статистично значущу рiзницю значень V^ та показника групи ЛПП виявляли впродовж
1—3-го тижня (р < 0,033), групи NG + НСК — на
2-му тижш (р = 0,02) спостереження, стосовно групи ЛПП + NG — не виявили.
Враховуючи, що вiрогiдна рiзниця мiж V^ груп ЛПП + NG i ЛПП + СККМ вщсутня, для груп ЛПП + НСК i ЛПП + NG — наявна протягом
1-2-го тижня, рiзницю мiж V^ груп ЛПП + НСК та ЛПП + СККМ на 1-му тижш, не шдтверджену прямим зрiвнянням, можна вважати суттевою. Станом на
2-й тиждень спостереження V^ групи ЛПП + НСК вiрогiдно поступався показнику групи ЛПП + СККМ та групи ЛПП + NG. Шк позитивного впливу NeuroGel™ на динамшу Пф припадае на 2-й тиждень шсля iмплантацil, максимум позитивного ефекту трансплантацп СККМ у комплекс з NeuroGel™ — на 1—2-й тиждень спостереження. Незважаючи на те, що перевага V^ групи ЛПП + НСК над групою ЛПП + СККМ станом на 3-й тиждень невiрогiдна, саме li юнування е причиною статистично значущо! рiзницi Пф двох зазначених груп, виявлено! станом на
5-й тиждень спостереження (р = 0,027).
Обговорення
Отримаш даш свщчать, що НСК вiрогiдно потенш-юе позитивний ефект NeuroGel™ протягом 1-го тижня, значущо зменшуе — протягом 2-го тижня, але по-довжуе до 3-го тижня спостереження включно. Зпд-но з динамшою аПф протягом перших трьох тижшв групи формують двi пари. Пара ЛПП i ЛПП + НСК характеризуеться рiзким зменшення приросту Пф протягом 2-го тижня, вщсутшстю зменшення протягом 3-го тижня. Для шшо! пари, ЛПП + NG i ЛПП + СККМ, характерне збшьшення приросту протягом 2-го тижня та рiзке зменшення протягом
3-го тижня. Отже, транспланташя НСК у комплекс
3 NeuroGel™ не деформуе процес автогенного вщнов-
лення рухово1 системи п1сля травми спинного мозку, лише потенцше його; трансплантащя СККМ у комплекс з пдрогелем деформуе процес автогенного в1д-новлення, слабше потенц1юе його в гострому пер1од1, сильн1ше 1 менш тривало — у ранньому.
Вщомо, що в гострому перюд1 травми протягом перших 3—8 год превалюючим механ1змом загибел1 нейрон1в навколо зони травми е апоптоз, тривалють перюду максимально1 апоптотично1 загибел1 нейрошв обмежена першою добою п1сля травми [18]. 1нш1 клгт-ни, наприклад гл1ального фенотипу, можуть гинути за апоптотичним мехашзмом 1 протягом усього раннього перюду [18]. Отже, клггини, що продукують фактори нейротроф1чного типу 1 цим самим обмежують апопто-тичну дегенерац1ю нейрон1в спинного мозку поблизу зони травми, можуть спричиняти суттевий позитивний ефект, який на функцюнальному р1вш проявляти-меться вже протягом першого тижня. Переваги групи ЛПП + НСК у цьому розумшш очевидш, оск1льки НСК е джерелом багатьох нейротроф1чних фактор1в [32, 33]. I водночас нейропротекторш властивост1 характерн1 й для СККМ [32].
Пролонгована динам1ка VПФ групи ЛПП + НСК протягом 2-3-го тижня може бути наслщком реал1за-ци пластичност1 в збережених елементах нейронально'1 мереж1, отже, повн1стю вщповщатиме динам1ц1 групи ЛПП, однак через бтьшу к1льк1сть збережених в1д вто-ринно'1 альтерацп та апоптозу клггин перифокально'1 зони матиме б1льший масштаб, супроводжуватиметься вищими значеннями ПФ.
Прояв вщстрочених ефект1в НСК та СККМ, ймо-в1рно, мае м1сце у вщдаленому пер1од1 травми, обумов-люючи позитивну динам1ку в групах ЛПП + НСК та ЛПП + СККМ: протягом 9-28-го тижня спостер1гали зростання ПФ на ~30 % вщ величини зб1льшення ПФ протягом усього перюду спостереження, тод1 як у груш ЛПП + ^ — лише на 6,5 %.
Нейротроф1чна, антиапоптотична, антиоксидант-на, прорем1елш1зуюча д1я описана для мезенх1мальних стовбурових клггин, у тому числ1 й для СККМ [34], отже, зрозумтою е вщсутшсть значущо'1 р1зниц1 м1ж VПФ груп ЛПП + НСК та ЛПП + СККМ. Однак СККМ мають ще й суттевий проангюгенний вплив [34], при-чому не лише факторний: серед кл1тин шсткового мозку наявна значна популяцгя ендотел1альних про-ген1тор1в [35]. За даними ряду автор1в [15], протягом перших 3 дшв спостер1гають найбшьш 1нтенсивне надходження в тканину спинного мозку нейтрофшв через зруйнований гемато-спинномозковий бар'ер, протягом 1-2-го тижня характерний шк м1грацп ма-крофаг1в, протягом 2-8-го тижня — пологий шк про-л1феративно! реакци м1крогл1оцит1в. Отже, фактори, що стабшзують гемато-спинномозковий бар'ер, мають захисний та замюний ефект стосовно ендотелю-цит1в й потенцшють анг1огенн1 реакци, можуть у кш-цевому результат1 обмежувати надходження в тканину спинного мозку 1мунних клгган перифершно! кров1, зменшувати локальне запалення та вторинну альте-рацш. Це може пояснити 1нтенсивну динамшу ПФ
у rpyni ЛПП + СККМ, а також ЛПП + NG протягом 2-го тижня шсля трансплантац!!.
Однак новоутворет судини перифокально! зони зазвичай мають аномальну проникнiсть щодо антитт та антигенiв [36, с. 141—143, 173], тому стимуляц!я ан-погенезу мае й негативний наслiдок, що виявляеться у групах ЛПП + NG i ЛПП + СККМ станом на 3-й тиж-день спостереження рiзким зменшенням VПФ. У груш ЛПП + НСК такий патофiзiологiчний механiзм в1ро-гiдно в!дсутнш.
Потребуе пояснення суттеве зменшення VM у групi ЛПП + НСК протягом другого тижня, нехарактерне для груп ЛПП + NG i ЛПП + СККМ. Уже протягом пер-шого тижня реактивт астроцити та олiгодендроглiальнi попередники навколо ешцентру травми обумовлюють продукцш значно! кiлькостi протеоглiканiв типу хон-дро!тинсульфату — neural/glial antigen 2 (NG2; тк тка-нинно! концентрац!! — 7-ма доба), нейрокан/версикан (тк тканинно! концентрац!! — 14-та доба), брев1кан (пiк тканинно! концентрац!! — з 14-! доби), фосфакан (тк тканинно! концентрац!! — з 7-8-го тижня) [15]. ус! ц1 фактори е суттевими 1нг1б1торами регенерац1йного росту аксотв [15]. Отже, нащадки НСК, що в рецип1ентн1й тканиш диференц1юються, передус1м у кл1тини гл!! [37], можуть сприяти продукц!! NG2, нейрокану/версикану та фосфакану, негативний ефект яких проявлятиметь-ся уже протягом 2-4-го тижня травми. Таким чином НСК можуть суттево обмежувати позитивний вплив NeuroGel™ на 2-му тижт тсля 1мплантац1!. У групах ЛПП + NG i ЛПП + СККМ такий мехатзм, ймов1р-но, вщсутнш. Б1льш того, деяк1 види мезенх1мальних стовбурових кл1тин можуть стимулювати тканинну експресш металопроте!наз, що беруть участь у руйну-ванн1 репелентних стосовно аксональних конус1в росту компонент1в посттравматичного рубця [34]. Нарешт1, окрем1 досл!дження демонструють можлив1сть трансди-ференц1ювання СККМ у шватвсьы гл1оцити [34], що м1елш1зують волокна в зон1 травми за периферичним типом i тому, на в!дмшу в1д ол1годендроцит1в, стиму-люють аксоногенез. Така можлив1сть пояснюеться на-явн1стю серед популяц!! стовбурових клггин к1сткового мозку проген1тор1в, пох!дних нервового гребеня [38].
Висновки
Динам1ка р1вня рухово! активност1 у випадку трансплантац!! в зону травми НСК та СККМ у комплекс! з макропористим пдрогелем NeuroGel™ суттево в!др1з-няеться протягом першого м1сяця. Для трансплантац!! НСК у поеднант з г!дрогелем характерна максимальна швидысть в!дновлення рухово! функц!! на 1-му тижт, менша — упродовж 2-3-го тижня; для трансплантац!! СККМ у поеднант з пдрогелем та для 1мплантац!! по-рожнього г!дрогеля максимальна активтсть в!дновлен-ня рухово! функц!! виявлена на 2-му тижн! Виявлет в1дм1нност1 можуть бути обумовлен1 проангюгенним впливом СККМ та гл1огенним диференцшванням НСК.
Конфлiкт штереив. Автори заявляють про в!дсут-н1сть конфл1кту штерес1в при п1дготовц1 дано! статт1.
Список лператури
1. Hydrogels and cell based therapies in spinal cord injury regeneration [Електронний ресурс] / R.C. Assunqao-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 neurore-generative 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/ar-ticle/10.3389/fnins.2016.00359/full.
5. Miller L.E. Clinical effectiveness and safety of powered exo-skeleton-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-S0rensen //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. Men-donqa, 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 en-sheathing cells transplantation after spinal cord injury — a morphological and functional comparison in rats / A. Torres-Espin, 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 6.1. Ургентна нейрохiрургiчна допомога при ускладненш хребетно-спинномозковш травмi на Украт (про-грамна доповiдь) / 6.1. Слинько // Укратський нейрохiрургiч-ний 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 angiogenic 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 neuroregenera-tion 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 [Електроннийресурс]/ J.R. Siebert, A.M. Eade, D.J. Os-terhout // 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. Sei-falian//NeuralRegen. 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. SilvaGarcia, 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 ксенотрансплантаци нейрогенних стовбурових клтин у комплект з тканинним матриксом NeuroGelTM на вiдновлення руховоi' функци спинного мозку щура тсля експе-риментальноi' сптальноi травми / В.1. Цимбалюк, В.В. Медведев, О.А. Рибачук [та т.] // КлШчна хiрургiя. - 2017. -№ 1. - С. 64-66.
20. Вплив iмпланmацii NeuroGelTMу асощаци з ксеногенни-ми стовбуровими клтинами тсткового мозку на вiдновлення руховоi функци задньоi кшщвки щура тсля стнально! травми /В.1. Цимбалюк, В.В. Медведев, О.А. Рибачук, В.1. Козяв-тн [та т.]//Мiжнародний неврологiчний журнал. - 2016. -№ 6(84). - С. 13-19.
21. Модель перетину половини поперечника спинного моз-ку. Частина I. Техтчт, паmоморфологiчнi та miтко-екс-периментальт особливосmi / В.1. Цимбалюк, В.В. Медведев, В.М. Семенова [та т.]// Укр. нейрохiрург. 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. - P. 63-83.
23. Вплив обмеження спонтанноi локомоторноi актив-носmi на перебiг синдрому спасmичносmi за умови експери-ментальног травми спинного мозку та iмпланmацii матрик-су NeuroGelTM, асощйованого з нейрогенними стовбуровими Miтинами / В.1. Козявтн, В.1. Цимбалюк, В.В. Медведев [та т.] // Буковинський медичний вiсник. - 2016. - Т. 20, № 4(80). - C. 83-89.
24. Медведев В.В. Варiаmивнiсmь корелящ рiвня функци та спасmичносmi пареmичноi кшщвки за рiзного перебiгу вiд-новного процесу на моделi спiнальноi травми / В.В. Медведев // Шпитальна хiрургiя. - 2016. - № 4. - С. 21-26.
25. Вплив трансплантаци тканини фетального мозоч-ка на вiдновлення локомоmорноi функци задньоi кшщвки при
mравмi спинного мозку у щура /В.В. Медведев, Ю.Ю. Сенчик, Н.Г. Драгунцова [та т.]//Клimинна та органна трансплан-mологiя. - 2016. - Т. 4, № 2. - С. 168-174.
26. Клiнiко-морфологiчнi особливосmi моделi вiдкриmоi проникноi травми спинного мозку з тривалим перебуван-ням стороннього тыа у хребтовому каналi / В.1. Цимбалюк,
B.В. Медведев, В.М. Семенова [та iн.] // Укр. нейрохiрург. журнал. - 2016. - № 4. - С. 16-25.
27. Тривала персистенщя бiосумiсного стороннього тыа у хребтовому каналi за вiдкриmоi проникноi травми спинного мозку: клiнiко-експерименmальнi та паmоморфологiчнi особливосmi / В.1. Цимбалюк, В.В. Медведев, В.М. Семенова [та т.]//Клтчна хiрургiя. - 2016. - № 8. - С. 64-69.
28. Вплив трансплантаци тканини нюховоi цибулини на перебiг регенерацшного процесу при mравмi спинного мозку в експерименmi / В.1. Цимбалюк, В.В. Медведев, Ю.Ю. Сенчик [та т.]// Украiнський неврологiчний журнал. - 2016. -№ 3. - С. 59-65.
29. Вплив трансплантаци тканини феmальноi нирки на перебiг регенерацшного процесу при mравмi спинного мозку в експерименmi / В.1. Цимбалюк, В.В. Медведев, Ю.Ю. Сенчик [та т.]//Наука i практика. - 2016. - № 1—2 (7—8). - С. 104-115.
30. Медведев В.В. Вплив нейротрансплантаци рiзних ти-пiв алогенних тканин на вiдновлення руховоi функци пкля експериментальноi травми спинного мозку /В.В. Медведев// Украiнський нейрохiрургiчний журнал. - 2017. - № 1. -
C. 11-23.
31. Вплив iмпланmацii NeuroGel у поеднант з ксено-генними стовбуровими Miтинами нервового гребня на вiд-новлення руховоi функци задтх тнщвок щура тсля травми спинного мозку / В.1. Цимбалюк, В.В. Медведев, Р.Г. Васильев [та т.]// Украiнський неврологiчний 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. McDonald, P.T. Coates, C.S. Bonder// Clin. Sci. (Lond). - 2011. -Vol. 120, № 7. - P. 263-283.
36. Цимбалюк В.1. Ce.re.bellum, або мозочок: Монографiя / В.1. Цимбалюк, В.В. Медведев, Ю.Ю. Сенчик. - Вiнниця: 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. Kari-mi-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. Bar-nett//Neurochem. Int. - 2017. - Vol. 106. - P. 101-107.
Отримано 02.10.2017 ■
ЦымбалюкВ.И.1-3, Медведев В.В.3, СенчикЮ.Ю.4, Драгунцова Н.Г.2
1 Национальная академия медицинских наук Украины, г. Киев, Украина
2 ГУ «Институт нейрохирургии им. акад. А.П. Ромоданова НАМН Украины», г. Киев, Украина
3 Национальный медицинский университет имени А.А. Богомольца, г. Киев, Украина
4 Киевская городская клиническая больница скорой медицинской помощи, г. Киев, Украина
Сравнительный анализ динамики восстановления двигательной функции паретичной конечности крысы после травмы спинного мозга и восстановительных нейроинженерных вмешательств с использованием стволовых клеток мезенхимального и нейрогенного фенотипа
Резюме. 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 (Цимба-люк 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 Т11 (n = 40); 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 функции (ПФ) паретичной конечности — шкала
Basso — Beattie — Bresnahan; 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.
Ключевые слова: травма спинного мозга; двигательная функция конечности; прирост и ускорение прироста двигательной функции; стволовые клетки костного мозга; нейро-генные стволовые клетки; макропористый гидрогель; динамический анализ
V.I. Tsymbaliuk1-3, V.V. Medvediev3, Yu.Yu. Senchyk4, N.G. Draguntsova2 1National Academy of Medical Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine
2State Institution "Institute of Neurosurgery named after Academician A.P. Romodanov of the NAMS of Ukraine", Kyiv, Ukraine 3Bogomolets National Medical University, Kyiv, Ukraine 4Kyiv Municipal Clinical Emergency Hospital, Kyiv, Ukraine
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
Abstract. 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 Tn level (n = 40); LSH + NG — LSH + immediate homotopical implantation of macroporous hydrogel (Neu-roGel™ (NG); n = 20); LSH + NSC — LSH + analogous implantation of macroporous hydrogel associated with fetal mouse NSC (n = 20); LSH + BMSC — LSH + analogous implantation of mac-roporous hydrogel in association with adult mouse BMSC (n = 16). The ipsilateral hindlimb function indicator (FI) was studied using
the Basso-Beattie-Bresnahan 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 ofNSC 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: spinal cord injury; limb motor function; gain of motor function and gain acceleration; bone marrow stem cells; neural stem cells; macroporous hydrogel; dynamic analysis
