Терапевтическая эффективность внутриартериального введения нейральных прогениторных клеток, полученных из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, при остром экспериментальном ишемическом инсульте у крыс

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. 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. 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. 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.

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

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.

6. Longa EZ, Weinstein PR, Carlson S, Cummins R. Reversible middle cerebral artery occlusion without craniectomy in rats. Stroke. 1989; 20 (1): 84–91.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.