vtioВестник трансплантологии и искусственных органовRussian Journal of Transplantology and Artificial Organs1995-1191Academician V.I.Shumakov National Medical Research Center of Transplantology and Artificial Organs", Ministry of Health of the Russian Federation10.15825/1995-1191-2019-1-153-164vtio-1001Research ArticleРегенеративная медицина и клеточные технологииRegenerative Medicine and Cell TechnologiesТерапевтическая эффективность внутриартериального введения нейральных прогениторных клеток, полученных из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, при остром экспериментальном ишемическом инсульте у крысTherapeutic efficacy of intra-arterial administration of induced pluripotent stem cells-derived neural progenitor cells in acute experimental ischemic stroke in ratsНаместниковаД. Д.NamestnikovaD. D.

117997, Москва, ул. Островитянова, д. 1.Тел. (903) 590-22-29. 

1, Ostrovitianov str., Moscow, 117997.Теl. (903) 590-22-29.

dadnam89@gmail.comГубскийИ. Л.GubskiyI. L.

Москва

Moscow

СалиховаД. И.SalikhovaD. I.

Москва

Moscow

ЛеоновГ. Е.LeonovG. E.

Москва

Moscow

СухиничК. К.SukhinichK. K.

Москва

Moscow

МельниковП. А.MelnikovP. A.

Москва

Moscow

ВишневскийД. А.VishnevskiyD. A.

Москва

Moscow

ЧеркашоваЭ. А.CherkashovaE. A.

Москва

Moscow

ГабашвилиА. Н.GabashviliA. N.

Москва

Moscow

БухароваТ. Б.BukharovaT. B.

Москва

Moscow

БуруноваВ. В.BurunovaV. V.

Москва

Moscow

ФатхудиновТ. Х.FatkhudinovT. Kh.

Москва

Moscow

ЧехонинВ. П.ChekhoninV. P.

Москва

Moscow

ГубскийЛ. В.GubskyL. V.

Москва

Moscow

КиселевС. Л.KiselevS. L.

Москва

Moscow

ГольдштейнД. В.GoldsteinD. V.

Москва

Moscow

ЯрыгинК. Н.YaryginK. N.

Москва

Moscow

ФГБОУ ВО «Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова» Минздрава России; ФГБУ «Федеральный центр цереброваскулярной патологии и инсульта» Минздрава РоссииРоссияPirogov Russian National Research Medical University; Federal center of cerebrovascular pathology and stroke, Ministry of Health care of Russian FederationRussian FederationФГБУ «Федеральный центр цереброваскулярной патологии и инсульта» Минздрава РоссииРоссияFederal center of cerebrovascular pathology and stroke, Ministry of Health care of Russian FederationRussian FederationФГБНУ «Медико-генетический научный центр»РоссияResearch Centre of Medical GeneticsRussian FederationФГБУН «Институт биологии развития имени Н.К. Кольцова РАН»РоссияKoltzov Institute of Developmental BiologyRussian FederationФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр психиатрии и наркологии имени В.П. Сербского» Минздрава РоссииРоссияSerbsky Federal Medical Research Centre of Psychiatry and NarcologyRussian FederationФГБОУ ВО «Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова» Минздрава РоссииРоссияPirogov Russian National Research Medical UniversityRussian FederationФГБУН «Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н. Ореховича»; ФГБУН «Институт общей генетики имени Н.И. Вавилова РАН»РоссияInstitute of Biomedical Chemistry; Vavilov Institute of General GeneticsRussian FederationФГБУН «Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н. Ореховича»РоссияInstitute of Biomedical ChemistryRussian FederationФГБОУ ВО «Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова» Минздрава России; ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр психиатрии и наркологии имени В.П. Сербского» Минздрава РоссииРоссияPirogov Russian National Research Medical University; Serbsky Federal Medical Research Centre of Psychiatry and NarcologyRussian FederationФГБУН «Институт общей генетики имени Н.И. Вавилова РАН»; ФГБНУ «Медико-генетический научный центр»РоссияVavilov Institute of General Genetics; Research Centre of Medical GeneticsRussian Federation201918052019211153164Copyright © Наместникова Д.Д., Губский И.Л., Салихова Д.И., Леонов Г.Е., Сухинич К.К., Мельников П.А., Вишневский Д.А., Черкашова Э.А., Габашвили А.Н., Бухарова Т.Б., Бурунова В.В., Фатхудинов Т.Х., Чехонин В.П., Губский Л.В., Киселев С.Л., Гольдштейн Д.В., Ярыгин К.Н., 20192019Наместникова Д.Д., Губский И.Л., Салихова Д.И., Леонов Г.Е., Сухинич К.К., Мельников П.А., Вишневский Д.А., Черкашова Э.А., Габашвили А.Н., Бухарова Т.Б., Бурунова В.В., Фатхудинов Т.Х., Чехонин В.П., Губский Л.В., Киселев С.Л., Гольдштейн Д.В., Ярыгин К.Н.Namestnikova D.D., Gubskiy I.L., Salikhova D.I., Leonov G.E., Sukhinich K.K., Melnikov P.A., Vishnevskiy D.A., Cherkashova E.A., Gabashvili A.N., Bukharova T.B., Burunova V.V., Fatkhudinov T.K., Chekhonin V.P., Gubsky L.V., Kiselev S.L., Goldstein D.V., Yarygin K.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.transpl.ru/vtio/article/view/1001Цель

Цель. Нейральные прогениторные клетки (НПК) используются при разработке технологий клеточной терапии неврологических заболеваний. Их стереотаксическое введение в мозг крыс после имитирующей ишемический инсульт операции окклюзии средней мозговой артерии (ОСМА) приводит к облегчению симптоматики. Однако стереотаксическое введение является сложной процедурой и для лечения болезней человека может быть применено только в специализированной клинике по жизненным показаниям, что делает необходимым исследование возможности менее травматичных способов трансплантации. Цель настоящей работы – исследование возможности проведения клеточной терапии экспериментального инсульта путем внутриартериального введения НПК.

Материалы и методы

Материалы и методы. НПК для трансплантации (ИПСК-НПК) получали путем двухступенчатой дифференцировки клеток стабильной линии индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека. Моделирование инсульта у крыс производилось методом транзиторной (90 мин) эндоваскулярной ОСМА филаментом с силиконовым наконечником. Внутриартериальная трансплантация НПК выполнялась через 24 часа после ОСМА. Магнитно-резонансная томография экспериментальных животных в динамике проводилась на МР-томографе ClinScan фирмы Bruker BioSpin с индукцией магнитного поля 7 Тл. На 1 (до введения ИПСК-НПК), 7 и 14-е сутки после трансплантации оценивались выживаемость животных и неврологический дефицит с использованием стандартной шкалы оценки тяжести инсульта mNSS для грызунов. Гистологические исследования проводили, пользуясь стандартными методами.

Результаты

Результаты. Внутриартериальная трансплантация ИПСК-НПК в дозе 7 × 105 НПК в 1 мл с равномерной скоростью100 мкл/мин и поддержанием кровотока по внутренней сонной артерии не вызывала эмболии капилляров мозга, появления новых зон цитотоксического отека вещества головного мозга или других осложнений и приводила к достоверному повышению выживаемости животных и более быстрому восстановлению неврологического статуса. Продемонстрировано накопление ИПСК-НПК в мозге после их внутриартериальной инфузии. Часть клеток взаимодействовала с эндотелием капилляров и, вероятно, способна проникать через ГЭБ.

Заключение

Заключение. Получено экспериментальное подтверждение терапевтической эффективности НПК при ишемическом инсульте при системной, внутриартериальной трансплантации. Отработан и протестирован метод безопасной внутриартериальной инфузии клеточного материала в бассейн внутренней сонной артерии у крыс.

Aim

Aim. Neural progenitor cells (NPC) are used for the development of cell therapies of neurological diseases. Their stereotaxic transplantation in the middle cerebral artery occlusion (MCAO) model imitating ischemic stroke results in symptom aleviation. However, exploration of less invasive transplantation options is essential, because stereotaxic transplantation is a complex procedure and can be applied to humans only by vital indications in a specialized neurological ward. The aim of the present study was to evaluate the efficacy of cell therapy of the experimental ischemic stroke by the intra-arterial transplantation of NPC.

Materials and methods

Materials and methods. NPC for transplantation (IPSC-NPC) were derived by two-stage differentiation of cells of a stable line of human induced pluripotent stem cells. Stroke modeling in rats was carried out by transitory 90 min endovascular MCAO by a silicon-tipped filament. NPC were transplanted 24 hours after MCAO. Repetitive magnetic resonance tomography of experimental animals was made with the Bruker BioSpin ClinScan tomograph with 7 Tl magnetic field induction. Animal survival rate and neurological deficit (using mNSS standard stroke severity scale) were evaluated at the 1st (before IPSC-NPC transplantation), 7th and 14th day after transplantation. Histological studies were carried out following standard protocols.

Results

Results. Intra-arterial transplantation of 7 × 105 IPSC-NPC in 1 ml at a constant 100 l/min rate in case of secured blood flow through the internal carotid artery did not cause brain capillary embolism, additional cytotoxic brain tissue edemas or other complications, while inducing increase of animal survival rate and enhanced revert of the neurological deficit. IPSC-NPC accumulation in brain after intra-arterial infusion was demonstrated. Some cells interacted with the capillary endothelium and probably penetrated through the blood-brain barrier.

Conclusion

Conclusion. Therapeutic efficacy of the systemic, intra-arterial administration of NPC in ischemic stroke has been experimentally proven. A method of secure intra-arterial infusion of cell material into the internal carotid artery middle in rats has been developed and tested.

нейральные прогениторные клеткииндуцированные плюрипотентные стволовые клеткиклеточная терапияишемический инсультмодель окклюзии средней мозговой артерииneural progenitor cellsinduced pluripotent stem cellscell therapyischemic strokemiddle cerebral artery occlusion modelМинистерство образования и науки Российской Федерации (проект №14.604.21.0184 RFMEFI60417X0184); Программа фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013–2020 г., тема 0518-2018-0005.the Ministry of Education and Science of the Russian Federation (project no. №14.604.21.0184 RFMEFI60417X0184); the Program for Basic Research of State Academies of Sciences for 2013–2020, Theme 0518-2018-0005.ReferencesSinden JD, Hicks C, Stroemer P, Vishnubhatla I, Corteling R. Human Neural Stem Cell Therapy for Chronic Ischemic Stroke: Charting Progress from Laboratory to Patients. Stem Cells Dev. 2017; 26 (13): 933–947. doi: 10.1089/scd.2017.0009.Sinden JD, Hicks C, Stroemer P, Vishnubhatla I, Corteling R. Human Neural Stem Cell Therapy for Chronic Ischemic Stroke: Charting Progress from Laboratory to Patients. Stem Cells Dev. 2017; 26 (13): 933–947. doi: 10.1089/scd.2017.0009.Oki K, Tatarishvili J, Wood J, Koch P, Wattananit S, Mine Y et al. Human-induced pluripotent stem cells form functional neurons and improve recovery after grafting in stroke-damaged brain. Stem Cells. 2012; 30 (6): 1120–1133. doi: 10.1002/stem.1104.Oki K, Tatarishvili J, Wood J, Koch P, Wattananit S, Mine Y et al. Human-induced pluripotent stem cells form functional neurons and improve recovery after grafting in stroke-damaged brain. Stem Cells. 2012; 30 (6): 1120–1133. doi: 10.1002/stem.1104.Polentes J, Jendelova P, Cailleret M, Braun H, Romanyuk N, Tropel P et al. Human induced pluripotent stem cells improve stroke outcome and reduce secondary degeneration in the recipient brain. Cell Transplant. 2012; 21 (12): 2587–2602. doi: 10.3727/096368912X653228.Polentes J, Jendelova P, Cailleret M, Braun H, Romanyuk N, Tropel P et al. Human induced pluripotent stem cells improve stroke outcome and reduce secondary degeneration in the recipient brain. Cell Transplant. 2012; 21 (12): 2587–2602. doi: 10.3727/096368912X653228.Nekrasov ED, Vigont VA, Klyushnikov SA, Lebedeva OS, Vassina EM, Bogomazova AN et al. Manifestation of Huntington’s disease pathology in human induced pluripotent stem cell-derived neurons. Mol Neurodegener. 2016; 11: 27. doi: 10.1186/s13024-016-0092-5.Nekrasov ED, Vigont VA, Klyushnikov SA, Lebedeva OS, Vassina EM, Bogomazova AN et al. Manifestation of Huntington’s disease pathology in human induced pluripotent stem cell-derived neurons. Mol Neurodegener. 2016; 11: 27. doi: 10.1186/s13024-016-0092-5.Koizumi J-i, Yoshida Y, Nakazawa T, Ooneda G. Experimental studies of ischemic brain edema 1. A new experimental model of cerebral embolism in rats in which recirculation can be introduced in the ischemic area. Nosotchu. 1986; 8 (1): 1–8. doi: 10.3995/jstroke.8.1.Koizumi J-i, Yoshida Y, Nakazawa T, Ooneda G. Experimental studies of ischemic brain edema 1. A new experimental model of cerebral embolism in rats in which recirculation can be introduced in the ischemic area. Nosotchu. 1986; 8 (1): 1–8. doi: 10.3995/jstroke.8.1.Longa EZ, Weinstein PR, Carlson S, Cummins R. Reversible middle cerebral artery occlusion without craniectomy in rats. Stroke. 1989; 20 (1): 84–91.Longa EZ, Weinstein PR, Carlson S, Cummins R. Reversible middle cerebral artery occlusion without craniectomy in rats. Stroke. 1989; 20 (1): 84–91.Gubskiy IL, Namestnikova DD, Cherkashova EA, Chekhonin VP, Baklaushev VP, Gubsky LV et al. MRI Guiding of the Middle Cerebral Artery Occlusion in Rats Aimed to Improve Stroke Modeling. Transl Stroke Res. 2018; 9 (4): 417–425. doi: 10.1007/s12975-017-0590-y.Gubskiy IL, Namestnikova DD, Cherkashova EA, Chekhonin VP, Baklaushev VP, Gubsky LV et al. MRI Guiding of the Middle Cerebral Artery Occlusion in Rats Aimed to Improve Stroke Modeling. Transl Stroke Res. 2018; 9 (4): 417–425. doi: 10.1007/s12975-017-0590-y.Namestnikova D, Gubskiy I, Gabashvili A, Sukhinich K, Melnikov P, Vishnevskiy D et al. MRI evaluation of frequent complications after intra-arterial transplantation of mesenchymal stem cells in rats. Journal of Physics: Conference Series. 2017; 886 (1): 012012.Namestnikova D, Gubskiy I, Gabashvili A, Sukhinich K, Melnikov P, Vishnevskiy D et al. MRI evaluation of frequent complications after intra-arterial transplantation of mesenchymal stem cells in rats. Journal of Physics: Conference Series. 2017; 886 (1): 012012.Boltze J, Kowalski I, Geiger K, Reich D, Gunther A, Buhrle C et al. Experimental treatment of stroke in spontaneously hypertensive rats by CD34+ and CD34– cord blood cells. Ger Med Sci. 2005; 3: Doc09.Boltze J, Kowalski I, Geiger K, Reich D, Gunther A, Buhrle C et al. Experimental treatment of stroke in spontaneously hypertensive rats by CD34+ and CD34– cord blood cells. Ger Med Sci. 2005; 3: Doc09.Seltmann S, Lekschas F, Muller R, Stachelscheid H, Bittner MS, Zhang W et al. hPSCreg – the human pluripotent stem cell registry. Nucleic Acids Res. 2016; 44 (D1): D757–63. doi: 10.1093/nar/gkv963.Seltmann S, Lekschas F, Muller R, Stachelscheid H, Bittner MS, Zhang W et al. hPSCreg – the human pluripotent stem cell registry. Nucleic Acids Res. 2016; 44 (D1): D757–63. doi: 10.1093/nar/gkv963.Liu J. Induced pluripotent stem cell-derived neural stem cells: new hope for stroke? Stem Cell Res Ther. 2013; 4 (5): 115. doi: 10.1186/scrt326.Liu J. Induced pluripotent stem cell-derived neural stem cells: new hope for stroke? Stem Cell Res Ther. 2013; 4 (5): 115. doi: 10.1186/scrt326.von Kummer R, Broderick JP, Campbell BC, Demchuk A, Goyal M, Hill MD et al. The Heidelberg Bleeding Classification: Classification of Bleeding Events After Ischemic Stroke and Reperfusion Therapy. Stroke. 2015; 46 (10): 2981–2986. doi: 10.1161/STROKEAHA.115.010049.von Kummer R, Broderick JP, Campbell BC, Demchuk A, Goyal M, Hill MD et al. The Heidelberg Bleeding Classification: Classification of Bleeding Events After Ischemic Stroke and Reperfusion Therapy. Stroke. 2015; 46 (10): 2981–2986. doi: 10.1161/STROKEAHA.115.010049.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.