Neurogenesis and transplantation in stroke-damaged brain

Abstract: Popular Abstract in Swedish Stroke hos unga vuxna råttor och möss utlöser neurogenes i den skadade regionen striatum samt i den intakta hippocampus, men eftersom stroke framförallt drabbar äldre individer, är det av största vikt att utröna åldrandets effekt på hjärnans mekanismer för återhämtning. Gamla och unga vuxna råttor inducerades med stroke genom transient ocklusion av mellersta hjärnartären (middle cerebral artery occlusion, MCAO) och delande celler märktes in med den mitotiska markören BrdU genom intraperitoneal administrering. Djuren perfunderades 7 veckor efter infarkten och nybildade cellers uttryck av BrdU tillsammans med neuronala och gliamarkörer undersöktes med epifluorescent och konfokalt mikroskop. Unga och åldrade råttor uppvisade liknande ökning av antalet nya nervceller i striatum, trots att den basala proliferationen var minskad i subventrikulärzonen hos de gamla djuren. Däremot var både basal proliferation och nybildning av antalet nervceller hos de gamla djuren signifikant reducerade i subgranulärzonen och granulära cellagret i hippocampus. Den här studien visar att basal neurogenes är försämrad hos de gamla jämfört med de unga djuren, men att hjärnan svarar på skada med en ökad neurogenes. Ökningen var likvärdig i striatum hos både unga och gamla djur, vilket visar på en möjlig självrepareringsmekanism även hos den gamla hjärnan. Transplantation av stamceller anses vara en terapeutisk benhandlingsmetod för strokepatienter i framtiden. För att kunna utveckla en framgångsrik terapi är det dock nödvändigt att identifiera och karaktärisera användbara neurala stamcellslinjer. Neurala stamceller (Neural Stem Cells, NSCs) från aborterade fosters striatum och kortex studerades och deras neurogena kapacitet in vitro och efter transplantation till hjärnor hos intakta neonataler och vuxna stroke-skadade djur jämfördes. NSCs, expanderade som neurosfärer, från kortex och striatum skilde sig inte från varandra gällande kapacitet att proliferera, tillväxthastighet, sekundär sfärformation eller uttryck av generella neurala markörer. Emellertid producerade kortikala NSCs fler glutamaterga, tyrosin hydroxylas- och kalretininpositiva nervceller till skillnad mot kulturer med striatala NSCs där fler nervceller uttryckte markör för striatala projektionsneuron, DARPP-32. Humana kortikala och striatala NSCs överlevde och migrerade lika bra efter transplantation till nyfödda råttor. Båda NSCs-typerna genererade lika många mogna NeuN+ nervceller, vilka var åtskilligt fler vid 4 månader jämfört med 1 månad efter implantation. Vid 4 månader innehöll transplantatet celler med morfologi kännetecknande för nervceller, astrocyter och oligodendrocyter, där majoriteten av nervcellerna uttryckte parvalbumin. Striatala och kortikala NSCs överlevde transplantation till vuxna djur inducerade med stroke lika bra (30%) 1 månad efter implantation och båda celltyperna migrerade genom hela striatum. Striatala NSCs migrerade längst och upptog en större del av striatum. I kärnan av transplantatet var cellerna odifferentierade, så gott som samtliga uttryckte cellulära markörer för outvecklad neural linje såsom nestin samt till en mindre grad även GFAP, ?III-tubulin, DCX och kalretinin. Immunocytokemi med markörer för proliferation (p-H3 och Ki67) avslöjade att transplanterade striatala och kortikala NSCs upphör att dela sig. Humana celler utanför transplantatets kärna differentierade, uppvisade mogen nervcellsmorfologi och uttryckte adulta nervcellsmarkörer som HuD, kalbindin och parvalbumin. Intressant nog så genererade de striatala NSCs fler parvalbumin+ och kalbindin+ nervceller och praktiskt taget inte några av de transplanterade cellerna differentierade till astrocyter eller oligodendrocyter. Baserat på dessa resultat kan humana fetala striatum- och kortexderiverade NSCs komma att anses som säkra och användbara källor av celler med stor neurogen potential, vilken måste undersökas vidare i djurmodeller för stroke.