Uraz rdzenia kręgowego (SCI) często uszkadza nie tylko drogi istoty białej, które przenoszą sygnały do i z mózgu, ale także centralną istotę szarą, powodując segmentową utratę interneuronów i neuronów ruchowych. Konsekwencją SCI jest utrata zarówno funkcji motorycznych, jak i czuciowych poniżej zmiany. Niestety, dorosły ośrodkowy układ nerwowy (OUN) nie regeneruje się spontanicznie, co skutkuje trwałymi deficytami funkcjonalnymi1. Dlatego rekonstrukcja uszkodzonego dorosłego rdzenia kręgowego i poprawa funkcji motorycznych, czuciowych i autonomicznych jest ważnym celem badań nad SCI. Neuronalne komórki macierzyste (NSC), niezależnie od tego, czy są bezpośrednio izolowane z embrionalnego, czy dorosłego OUN, są niezbędnymi komórkami kandydującymi do zastąpienia utraconych neuronów i komórek glejowych. Co więcej, komórki te mają potencjał do tworzenia nowych przekaźników funkcjonalnych w celu przywrócenia przewodnictwa aksonalnego w miejscu zmiany chorobowej2,3.
Do tej pory nie było szczegółowego wyjaśnienia anatomicznych, elektrofizjologicznych i behawioralnych skutków tworzenia przekaźników neuronalnych przez przeszczepione NSC po ciężkim SCI. Dzieje się tak z kilku powodów: po pierwsze, przeszczepione NSC lub tkanki OUN płodu słabo przeżywają, gdy są przeszczepiane do dużych jam chorobowych. Wcześniejsze badania wykazały znaczną wczesną utratę komórek, pozostawiając duże puste jamy zmian torbielowatych4,5. W niektórych badaniach przeszczepione komórki następnie dzieliłyby się i wypełniały jamę zmiany4,5, ale może to nastąpić z opóźnieniem od kilku dni do tygodni, a późniejsze wypełnienie miejsca zmiany może nie być pełne lub spójne. Po drugie, brakowało wydajnego systemu śledzenia, który dostarczałby rzetelnych danych na temat przeżycia komórek, różnicowania/dojrzewania i wzrostu przeszczepionych NSC. Większość wczesnych badań wykorzystywała znakowanie wsteczne i wsteczne do śledzenia projekcji aksonalnych po przeszczepach2,3. Jednak techniki te tylko częściowo i często niewyraźnie oznaczały wypustki aksonalne powstające z przeszczepionych komórek, a metody znacznikowe są narażone na artefakty spowodowane wyciekiem barwnika poza wszczepione komórki. Inne grupy wykorzystały ludzkie specyficzne markery neuronalne do oznaczania projekcji aksonalnych po przeszczepieniu ludzkich płodowych NSC do uszkodzonego rdzenia kręgowego gryzoni5,6. Jednak w tych badaniach ksenoprzeszczepy nie zawsze przeżywały dobrze. Ostatnio wirusowe dostarczenie genu reporterowego GFP wykorzystano do znakowania hodowanych NSC7,8. Jednak ekspresja GFP była często niespójna i może być regulowana w dół7. Ostatnio wykorzystanie transgenicznych myszy lub szczurów dawców ze stabilną ekspresją genu reporterowego, GFP, czyli ludzkiej fosfatazy alkalicznej łożyska, znacznie poprawiło śledzenie przeszczepionych nerwowych komórek macierzystych / progenitorów in vivo9,11. Po trzecie, kilka badań wskazuje, że NSC szczurów hodowane in vitro pochodzące z embrionalnego lub dorosłego OUN różnicują się w linie glejowe wyłącznie po przeszczepieniu do środowiska nienaruszonego lub uszkodzonego dorosłego rdzenia kręgowego7,12,13, pomimo faktu, że te nerwowe komórki macierzyste są zdolne do różnicowania się zarówno w neurony, jak i glej in vitro, co wskazuje, że lokalne środowisko może decydować o losie komórek macierzystych. Alternatywnie, hodowane NSC, zwłaszcza te pochodzące z dorosłego OUN, mogą mieć wewnętrzną domyślną właściwość różnicowania się w linie glejowe in vivo13.
Z powodu ograniczeń omówionych powyżej, nasza grupa niedawno opracowała nowy protokół mający na celu poprawę śledzenia, przeżywalności i różnicowania/dojrzewania embrionalnej NSC w poważnie uszkodzonym dorosłym rdzeniu kręgowym. Krótko mówiąc, zaczęliśmy od stabilnej transgenicznej linii inbredu szczurów Fischer 344 z ekspresją genu reporterowego GFP, który podtrzymuje ekspresję GFP po przeszczepie in vivo 14. Następnie użyliśmy świeżo wyizolowanych NSC z embrionalnego dnia 14 rdzenia kręgowego Fischer 344, etapu rozwoju, który zachowuje potencjał do generowania zarówno neuronów, jak i gleju. Na koniec umieściliśmy świeżo zdysocjowane NSC w macierzy fibryny zawierającej czynniki wzrostu15-17, aby zatrzymać komórki i równomiernie rozprowadzić je w dużej jamie zmiany, mając na celu wsparcie przeżycia, różnicowania i integracji komórek przeszczepu. Przeszczepy umieszczono w miejscach całkowitego przecięcia T3, dwa tygodnie po urazie rdzenia kręgowego. Te przeszczepione komórki konsekwentnie wypełniały pełne miejsca transsekcji i różnicowały się w liczne neurony, które rozciągały dużą liczbę aksonów do rdzenia kręgowegogospodarza na duże odległości. Podobne wyniki uzyskano przy użyciu hodowanych przeszczepów ludzkich nerwowych komórek macierzystych u szczurów z niedoborem odporności18.