Terapia celular em modelos experimentais de epilepsia do lobo temporal : células mononucleares da medula óssea e células-tronco neurais

Abstract

(Artigo : Efeito do transplante de células mononucleares da medula óssea sobre o metabolismo cerebral da glicose in vivo e o comportamento depressivo no modelo experimental de epilepsia crônica induzido por pilocarpina) Temporal lobe epilepsy (TLE) is one of the most common kind of epilepsy syndromes in the world population. Depression is an important comorbidity of epilepsy. It has been reported in patients with TLE and different experimental models of epilepsy. However, there is no established consensus about which brain regions are associated with the manifestation of depression in epilepsy. BMMC transplantation has been used for treatment of epilepsy and has showed a large number of benefit effects in this neuropathology. 18FFDG has been widely used to investigate the cerebral metabolism in patients with TLE or depression disorders, and recently in animal models using microPET imaging. We investigate longitudinally the alterations in cerebral glucose metabolism in rats submitted to the pilocarpine model and observe the effect of BMMC transplantation in cerebral FDG uptake to correlate it to depressive behavior during the chronic phase of epilepsy. Our results demonstrated that pilocarpine-treated rats showed depression-like behavior and reduced 18F-FDG uptake in several brain regions related to the pathophysiology of both epilepsy and depression during chronic phase. Besides, BMMC treatment reduced cognitive dysfunction and depressive-like behavior showed by chronically epileptic rats. However, the BMMC transplantation did not affect the brain glucose metabolism in those animals. Additionally, we found a hypersynchrony metabolic network in the chronically epileptic animals, and reduced connectivity in BMMC-treated animals, similar to Control rats. This study suggests further evidence of depressive behavior as a comorbidity in the pilocarpineinduced epilepsy model, and an important alteration of glucose metabolism and metabolic network among brain regions of interest for both pathologies. Additionally, this study suggested a potential effect of BMMC transplantation for reduction of seizure frequency, cognitive deficits and depressive-like behavior, as well as contribute to normalize the connectivity in the metabolic network in chronically epileptic animals.

(Artigo : Efeito do transplante de células mononucleares da medula óssea sobre o metabolismo cerebral da glicose in vivo e o comportamento depressivo no modelo experimental de epilepsia crônica induzido por pilocarpina) Várias alterações epileptogênicas e inflamação contínua acontece após inducção de status epilepticus (SE), que pode resultar no desenvolvimento de epilepsia do lobo temporal (ELT) caracterizada por crises espontâneas e recorrentes (CERs) e prejuízos na cognição, memória e humor. Nós testamos se a intervenção precoce após SE com o transplante intrahipocampal de células-tronco neurais (NSC) derivadas de células-tronco pluripotentes induzidas humanas (hiPSC) é eficaz para reduzir a frequência de CERs e a disfunção cognitiva e comportamento depressivo. Ratos F344 machos foram utilizados para indução de SE por ácido caínico (KA) durante duas horas. Após 7 dias da indução de SE os animais receberam o transplante intrahipocampal de hNSCs (3 injeções/bilateral, ~ 100.000 células). Animais do grupo Sham receberam transplante intrahipocampal de meio celular ao invés de hNSC, e animais do grupo SE receberam apenas a injeção de KA, sem procedimentos cirúrgicos. A monitoração das CERs de sessenta e quatro horas no 3º mês após o SE revelaram diminuição das CERs nos animais transplantados, em comparação com animais dos grupos Sham ou SE. Sete dias de gravações contínuas de vídeo-EEG no quarto mês após SE corroboraram com esses achados. Além disso, os animais transplantados mostraram habilidade para discernir pequenas mudanças no ambiente (função de separação de padrões), habilidade para formar memórias de reconhecimento e localização de objetos, bem como redução da disfunção humoral e depressiva no teste de preferência de sacarose e teste de alimentação relacionado à depressão. Em contraste, os ratos epilépticos tanto do grupo Sham quanto do grupo SE mostraram disfunção de separação de padrões, distúrbios de reconhecimento e memória de localização, bem como comportamento depressivo. As análises histológicas realizadas 4 meses após o transplante revelaram excelente sobrevivência das células transplantadas nos hipocampos e se diferenciaram na maior parte em neurônios NeuN+ (~ 87%). Também foi encontrado nos hipocampos dos animais transplantados alguns neurônios GABA-érgicos (~ 12%), astrócitos (11-16%) e Ki-67+ células em proliferação (~1%). Contudo, as células diferenciadas a partir das hNSC transplantadas não apresentaram a presença de Oct-4+. Além disso, o transplante de hNSC aumentou a neurogênese no hipocampo com migração aberrante reduzida dos novos neurônios, modulou a hipertrofia dos astrócitos e a ativação da microglia e preservou interneurônios positivos ao neuropeptídeo Y e à parvalbumina. Assim, o transplante precoce de NSC derivadas de hiPSC no hipocampo após SE atenua consideravelmente a epilepsia crônica induzida e preserva a função cognitiva e melhora o comportamento depressivo.

(Artigo : Efeito do transplante de células mononucleares da medula óssea sobre o metabolismo cerebral da glicose in vivo e o comportamento depressivo no modelo experimental de epilepsia crônica induzido por pilocarpina) Multiple epileptogenic changes and incessant inflammation ensue after status epilepticus (SE) induced brain injury, which in due course result in chronic temporal lobe epilepsy typified by spontaneous recurrent seizures (SRS) and impairments in cognition, memory and mood. We tested whether early intervention after SE with grafting of hiPSC-derived neural stem cells (hNSCs) into hippocampi is efficacious for curbing SRS and thwarting cognitive, memory and mood dysfunction. Young male F344 rats first underwent kainic acid induced SE for two hours and then received grafts of hNSCs into hippocampi at 7 days post-SE (3 grafts/side, ~100,000 cells/graft). Other cohorts of rats underwent similar SE but received either sham-grafting surgery or maintained as epilepsy-only controls. Sixty-four hour observations in the 3rd month after SE revealed diminished SRS in grafted animals, in comparison to animals in sham-grafted or epilepsy only groups. Seven days of continuous video-EEG recordings in the 4th month after SE corroborated these findings. Furthermore, grafted animals displayed competence for discerning minor changes in the environment (pattern separation function), ability for forming recognition and location memories in novel object recognition, object location and object in place tests, and no anhedonia-like behavior in sucrose preference test. Contrastingly, epileptic rats in both sham-grafted and epilepsy-only groups showed pattern separation, recognition and location memory impairments and anhedonia. Histological analyses performed 4 months after grafting revealed robust yield and mostly (~87%) neuronal differentiation of hNSC graft-derived cells. Some GABA-ergic neurons (~12%), astrocytes (11-16%) and Ki-67+ proliferating cells (~1%) were also seen among graft-derived cells. Yet, grafts did not contain Oct-4+ PSCs. In addition, hNSC grafting maintained normal levels of hippocampal neurogenesis with reduced aberrant migration of newly born neurons, modulated the hypertrophy of astrocytes and activation of microglia and rescued host neuropeptide Y and parvalbumin positive interneurons. Thus, hiPSC-derived NSC grafting into the hippocampus early after SE considerably mitigates SE-induced chronic epilepsy and preserves cognitive, memory and mood function.