Terapia cu celule stem se arată promițătoare în restabilirea activității creierului după un accident vascular cerebral

Accidentul vascular cerebral ischemic rămâne o cauză majoră de dizabilitate la adulți, în ciuda progreselor în terapie trombolitică și reabilitare. Numeroase persoane care supraviețuiesc unui accident vascular cerebral (AVC) se confruntă ulterior cu tulburări motorii, durere cronică, insomnie și chiar epilepsie post-AVC, acestea fiind asociate cu modificări maladaptive ale plasticității cerebrale. Un exemplu central al acestei „plasticități negative” este hiperexcitabilitatea corticală, ce poate contribui la spasticitate și la epilepsie post-AVC.
Pe de altă parte, celulele stromale/stem mezenchimale umane (hMSC) modificate (denumite hMSC-SB623) și-au dovedit siguranța și potențialele beneficii clinice în fază cronică, atât în traumatisme cerebrale (TBI), cât și în modele preclinice de AVC. Deși multiple studii au arătat efectul proregenerativ al hMSC-SB623 în faze acute (prin imunomodulare, neuro- și angiogeneză, secreție de factori trofici), nu era pe deplin elucidat modul în care acestea pot corecta hiperexcitabilitatea corticală instalată cronic și nici care sunt mecanismele moleculare implicate.

Cercetătorii de la Gladstone Institutes și compania de medicină regenerativă SanBioau investigat modul în care celulele stromale/stem umane modificate (hMSC-SB623), administrate la distanță de momentul ischemic, pot contribui la ameliorarea hiperexcitabilității corticale și la stimularea proceselor de reparare după AVC ischemic focal la șobolani. Cercetarea evidențiază mecanismele potențiale prin care aceste celule influențează rețeaua neuronală, plasticitatea sinaptică și modificările la nivelul sângelui periferic, sugerând direcții noi de tratament pentru pacienții cu dizabilități pe termen lung după un AVC.

Metodologie

Șobolani adulți supuși unui model de accident vascular cerebral ischemic focal (fototromboză) în cortex. Grupurile de control au primit chirurgie placebo (fără infarct). La o lună după producerea infarctului, s-au injectat intracortical hMSC-SB623 (doză de 1,8 × 10^5 celule) în zona peri-infarct. Grupul de control post-AVC a primit injecții cu soluție vehicul.

La 1–2 săptămâni după injecții, s-au realizat următoarele investigații:

• Electrofiziologie ex vivo (potențiale de câmp local și analiza densității sursă-curent) pentru a evalua excitabilitatea corticală pe secțiuni acute coronale.
• Analize histologice și imunohistochimice pentru a cuantifica neuroni (NeuN), sinapse (sinaptopfizină, VGAT, VGlut2), factori trofici (BDNF), rețele extracelulare (perineuronal nets – WFA), celule gliale (GFAP pentru astrocite, Iba1 pentru microglie/macrofage), mielină (MBP) și celule progenitoare (DCX, Olig2, PCNA, ki67).
• Analize omice la nivel sangvin (transcriptomică – RNA-seq și proteomică – analize serice) pentru a evidenția dacă transplantul celular modifică răspunsul periferic post-AVC.

Rezultate principale

Efectul asupra excitabilității corticale

• Hiperexcitabilitatea post-AVC: Șobolanii cu infarct au prezentat răspunsuri pre-sinaptice și post-sinaptice crescute (evaluate prin potențialele locale de câmp și analiza densității sursă-curent) față de martorii „sham”. Aceste creșteri erau mai pronunțate în straturile corticale 2-4.
• Normalizarea prin hMSC-SB623: Administrarea intracorticală de hMSC-SB623 a restabilit parametrii de excitabilitate la valori apropiate de cele din grupul martor, mai ales în stratul 4 al cortexului, sugerând o acțiune de „corecție” a hiperexcitabilității cronice.

Supraviețuirea celulelor hMSC-SB623

• La 7 zile după transplant, doar aproximativ 0,18% din celulele injectate inițial mai erau detectabile prin markeri STEM101/STEM121, sugerând un mecanism „hit-and-run” prin care efectele terapeutice persistă chiar dacă majoritatea celulelor nu supraviețuiesc pe termen lung.

Modificări histologice și moleculare în creier

Neuroprotecție și plasticitate sinaptică

• hMSC-SB623 au crescut nivelul de sinaptopfizină (un marker al vesiculelor sinaptice) în special în straturile profunde ale cortexului peri-infarct, sugerând stimularea formării sau funcționalizării sinapselor.
• Mielina (MBP) a fost redusă de AVC în zona peri-infarct, iar hMSC-SB623 au favorizat proliferarea precursorilor de oligodendrocite (PCNA+Olig2+) și au indus o tendință de creștere a grosimii liniei mediane a corpului calos, posibil corelată cu remodelarea conexiunilor interemisferice.

GABA și factorii inhibitori

• Nu s-au observat schimbări majore în expresia VGAT (vesicular GABA transporter) sau a unor markeri de interneuroni GABAergici (parvalbumină), însă hMSC-SB623 au crescut expresia GAT-1 (GABA transporter type 1) în straturile 5-6, un element care reglează disponibilitatea GABA și poate contribui la normalizarea excitabilității.

BDNF (factor neurotrofic derivat din creier)

• BDNF a fost diminuat de AVC în cortex și mai ales în talamus, însă transplantul cu hMSC-SB623 a crescut semnificativ nivelurile de BDNF atât în zona peri-infarct, cât și în regiuni mai îndepărtate (cum ar fi talamusul contralateral). BDNF stimulează plasticitatea sinaptică, mielinizarea și transportul GABA, putând fi un mediator esențial al efectului benefic al hMSC-SB623.

Celule progenitoare

• Tratamentul cu hMSC-SB623 a crescut densitatea celulelor DCX+ (dublecortin-pozitive) în cortexul și corpul calos ipsilateral, indicând o intensificare a proceselor de plasticitate (migrare de progenitori, potențială neurogeneză sau secreție de factori paracrine benefici).

Reacție glială și angiogeneză

• Astrocitele (GFAP+) și microglia/macrofagele (Iba1+) au crescut după administrarea hMSC-SB623, sugerând un răspuns imun și glial local ce poate fi implicat în remodelarea tisulară.
• Deși nu s-au observat creșteri masive ale rețelei vasculare la 7 zile (marcată prin RECA1), există o sporire a numărului de celule endoteliale proliferative (RECA1+ki67+), semn al inițierii angiogenezei.

Modificări la nivelul sângelui periferic

• Analizele de transcriptomică (RNA-seq) au arătat că AVC produce modificări ample în expresia genelor din sânge, persistente și la peste 4 săptămâni de la eveniment. Interesant, multe dintre genele modificate de AVC au fost „contracarate” (rescue) de transplantul cu hMSC-SB623, mai ales gene implicate în activarea celulelor T și B, inflamație, regenerare tisulară și neurodegenerare.
• Proteomica serică (ziua 7 după transplant) a indicat multiple proteine semnificativ afectate de AVC. Din acestea, cinci au fost parțial „revenite la normal” prin tratamentul cu hMSC-SB623 (de exemplu, cathepsina L, APOE, ARHGAP1), ceea ce sugerează efecte imunomodulatorii și potențial neuroprotectoare.
• Unele dintre genele sau proteinele modificate semnificativ (de exemplu, UCHL1, CD8, Casp3) au corelat cu nivelurile tisulare de BDNF, subliniind un posibil dialog bidirecțional între procesele centrale (din creier) și cele periferice.

Concluzii

• Corectarea hiperexcitabilității: hMSC-SB623 administrate la o lună după AVC au normalizat semnificativ excitabilitatea crescută în zona peri-infarct, demonstrând că această terapie celulară poate fi benefică chiar și în faze avansate („cronice”) ale leziunii.
• Mecanisme multiple: Efectul de „reparare” pare să fie consecința unor mecanisme concomitente: creșterea BDNF în creier, creșterea transportului GABA (GAT-1), proliferarea oligodendrogliei și astrogliei, angiogeneza incipientă și influențarea imunomodulării sistemice. Faptul că majoritatea celulelor hMSC-SB623 nu supraviețuiesc pe termen lung, însă totuși induc efecte persistente, susține conceptul de „efect paracrin” și „hit-and-run” specific MSC-urilor modificate.
• Implicații clinice: Studiul oferă dovezi preclinice că transplantarea intracorticală de hMSC-SB623 la distanță de evenimentul ischemic poate redeschide „fereastra” de plasticitate și poate reduce riscul unor complicații maladaptive (ex. spasticitatea, epilepsia). Mai mult, modificările identificate în sângele periferic pot furniza viitoare biomarkeri prin care să se monitorizeze eficacitatea terapiei în studii clinice de fază avansată.

În ansamblu, aceste rezultate susțin ideea că hMSC-SB623 pot acționa ca un „modificator al bolii” în stadiile cronice post-AVC, prin refacerea echilibrului dintre circuitele excitației și inhibiției la nivelul cortexului, stimularea regenerării sinaptice, mielinizare și un răspuns imun mai bine reglat. În perspectivă, corelarea datelor histologice cu analizele sangvine deschide calea spre identificarea unor markeri periferici utili în optimizarea tratamentului celular personalizat pentru pacienții cu AVC ischemic.