Alla ricerca di una sinergia tra trapianto di cellule e protocollo riabilitativo per la guarigione post-ictus in un modello murino di ischemia cerebrale

Two studies on therapeutic approaches for enhancing post-stroke functional recovery and damage repair in murine models of unilateral stroke are presented, both aiming at promoting healing in the long term. In the first study an inhibitory activity, called ‘transcallosal inhibition’, exerted by the intact hemisphere over the perilesional tissue of the damaged hemisphere was assessed by means of optogenetic stimulation in a photothrombosis mouse model of cerebral ischemic lesion. Experience-dependent modifications in the lesioned hemisphere were reduced by this phenomenon thus compromising the potentially beneficial effects of a robot-mediated rehabilitation protocol that proved its real efficacy in promoting motor recovery only when combined with inactivation of the healthy hemisphere mediated by synaptic blocker Botulinum Neurotoxin E (BoNT/E). The two treatments did not promote the same recovery when administered separately. The second study demonstrated that transplantation of human Cord Blood-derived Endothelial Progenitor Cells -hCB-EPCs-, overexpressing the CXCL12 chemokine (CXCL12-hCB-EPCs), in the perifocal area of a mouse model of cerebral ischemia, induced by permanent Middle Cerebral Artery occlusion (pMCAo), improves neurobehavioural function, angiogenesis, neurogenesis and remyelination displaying better results respect to monotherapies involving transplantation of unmodified hCB-EPCs or infection with lentiviral vector LV-CXCL12. Then a third study is introduced in order to present a method, which is calcium imaging, used to visualize neuronal activity of grafted Neural Progenitor Cells (NPCs), once integrated and differentiated, in a mouse model of Spinal Cord Injury (SCI) and compare it with the activity of neurons in the spinal cord of healthy mice. In this case only the method was of interest for the purposes of the thesis. By proposing a combination of the therapies presented in the first two works, regarding robotic rehabilitation and cell transplantation respectively, and including in the experimental design the use of calcium imaging, this thesis aims to conceive an experiment that allows to investigate the existence of a synergy between the therapies in enhancing post-stroke recovery. To this aim a key functional readout will be offered by the activity of neuronal cells that survived the ischemic lesion in different treatment groups, activity that will also be compared to that observed in intact neural networks. Possible applications in clinical practice will also be discussed at the end.

Vengono presentati due studi riguardanti approcci terapeutici per migliorare il recupero funzionale e la riparazione del danno in modelli murini di ictus unilaterale, entrambi mirati a promuovere la guarigione sul lungo termine. Nel primo studio è stata valutata mediante stimolazione optogenetica un’attività inibitoria, detta ‘inibizione transcallosa’, esercitata dall’emisfero intatto sul tessuto perilesionale dell’emisfero danneggiato in un modello di topo affetto da ischemia cerebrale indotta da fototrombosi. Le modificazioni esperienza-dipendenti nell’emisfero lesionato erano ridotte da questo fenomeno compromettendo di conseguenza gli effetti potenzialmente benefici di un protocollo riabilitativo mediato da robot il quale ha provato la sua vera efficacia nel promuovere il recupero motorio solo quando combinato con l’inattivazione dell’emisfero sano mediata dal bloccante sinaptico Neurotossina Botulinica E (BoNT/E). I due trattamenti non hanno promosso lo stesso recupero quando somministrati separatamente. Il secondo studio ha dimostrato che il trapianto di Cellule Progenitrici Endoteliali derivate da Cordone Ombelicale umano -hCB-EPCs-, ed overesprimenti la chemochina CXCL12 (CXCL12-hCB-EPCs), nell’area perifocale migliora la funzione neurocomportamentale, l’angiogenesi, la neurogenesi e la rimielinizzazione in un modello di topo affetto da ischemia cerebrale indotta da Occlusione permanente dell’Arteria Cerebrale Media (pMCAO) mostrando risultati migliori rispetto alle monoterapie che prevedono il trapianto di hCB-EPCs non modificate o l’infezione con il vettore lentivirale LV-CXCL12. Viene poi introdotto un terzo studio con lo scopo di presentare un metodo, ovvero l’imaging del calcio, utilizzato per visualizzare l’attività neuronale di Cellule Progenitrici Neurali (NPCs), una volta integrate e differenziate, trapiantate in un modello di topo di Lesione del Midollo Spinale (SCI) e confrontarla con l’attività dei neuroni nel midollo spinale di topi sani. In questo caso solo il metodo era di interesse ai fini della tesi. Proponendo una combinazione delle terapie presentate nei primi due lavori, riguardanti la riabilitazione robotizzata e il trapianto di cellule rispettivamente, ed includendo nel design sperimentale l’utilizzo dell’imaging del calcio, questa tesi mira a concepire un esperimento che permetta di investigare l’esistenza di una sinergia tra le terapie nel migliorare il recupero dopo l’ictus. A questo fine una lettura funzionale sarà fornita dall’attività delle cellule neuronali sopravvissute al danno ischemico in diversi gruppi di trattamento, attività che sarà anche messa a confronto con quella osservata in reti neurali intatte. Possibili applicazioni nella pratica clinica saranno anche discusse alla fine.