Effekt einer Kombinationstherapie aus Stammzelltransplantation und Laufbandtraining auf die funktionelle Regeneration, die spinale Zystenbildung und Astrogliose nach Rückenmarksverletzung in der Ratte

Einleitung:

Durch die Transplantation von neuronalen Stammzellen (NPCs) lässt sich die Neuroregeneration nach traumatischer Rückenmarksverletzung (SCI) verbessern. Der funktionellen Erholung wirken dabei aber unter anderem eine posttraumatische Zystenbildung und Astrogliose im Rückenmark entgegen. Laufbandtraining (TT) soll diese negativen Effekte nach SCI wiederum reduzieren können. Ziel dieser Studie war es deshalb, den Effekt einer Kombination aus Stammzelltherapie und Laufbandtraining auf das funktionelle und immunhistochemische Ergebnis nach SCI zu untersuchen.

Material und Methoden:

Bei 70 weiblichen Wistar-Ratten wurde eine zervikale Clip-Kompressions/Kontusionsverletzung in Höhe C6 durchgeführt. Die Tiere wurden dafür in vier Gruppen randomisiert: NPC + TT, nur NPC, Vehikel und Sham. Nach 10 Tagen wurden NPCs in das periläsionale Rückenmark transplantiert, zusätzlich erhielten alle Tiere für sieben Tage Wachstumsfaktoren sowie eine permanente Immunsupression. Tägliches Laufbandtraining (NPC + TT) wurde 48 Stunden nach Trauma initiiert, außerdem wurden regelmäßige Neurotests (BBB Test, CatWalk Ganganalyse, Gridwalk Test, von Frey Filament Test) durchgeführt. Nach acht Wochen wurden die Tiere perfundiert und fixiert, es wurden Gefrierschnitte des Rückenmarks angefertigt und immunhistochemisch mit Fluoreszenzmarkern für Astrogliose, Zystenbildung, Narbenbildung und Inflammation gefärbt. Die Visualisierung erfolgte mittels Konfokalmikroskopie, alle Ergebnisse wurden zwischen den Gruppen verglichen und statistisch analysiert (Signifikanzniveau: p < 0,05).

Ergebnisse:

Tiere mit NPC Transplantation und TT erholten sich schneller und hatten einen signifikant höheren BBB-Punktwert im Vergleich zu „Vehikel“ Tieren. Der „Regularity Index“ in der CatWalk Ganguntersuchung blieb bei allen Tieren mit SCI reduziert, die mittlere Ganggeschwindigkeit war aber in der Gruppe „NPC + TT“ erhöht. „Print Area“ und „Swing Speed“ zeigten im CatWalk bei „NPC + TT“ Tieren ebenfalls eine signifikante Verbesserung im Vergleich zu „nur NPC“ oder „Vehikel“ Tieren. Passend dazu hatten „NPC + TT“ Tiere im Gridwalk Test auch eine signifikant reduzierte Fehltrittquote. Die Berührungsempfindlichkeit war nach SCI nicht signifikant herabgesetzt (von Frey Filament Test). In der Konfokalmikroskopie zeigte sich ein signifikanter Rückgang von Zystengröße und Astrogliose bei „NPC + TT“ Tieren im Vergleich zu „Vehikel“ Tieren. Auch die Narbenbildung und Inflammation waren bei „NPC + TT“ Tieren reduziert, es konnte aber kein signifikanter Unterschied nachgewiesen werden.

Diskussion:

Zwar zeigten „NPC + TT“ Tiere eine verbesserte funktionelle Erholung im BBB Test, insgesamt blieb der BBB Punktwert nach SCI aber bei allen Tieren reduziert. Die verschiedenen Neurotests wurden aufgrund unseres hohen zervikalen SCI Modells dabei vor allem durch eine Spastik der Vorderpfoten beeinträchtigt. Bei Messwerten im CatWalk wie dem „Swing“ – oder „Average Speed“, welche durch die Spastik weniger stark beeinträchtigt werden, wurde die Überlegenheit der Kombinationstherapie „NPC + TT“ aber deutlich. Dieses Ergebniss wurde durch den Gridwalk Test bestätigt. Auf immunhistochemischer Ebene zeigten sich Astrogliose und Zystenbildung bei Tieren mit „NPC + TT“ Behandlung reduziert. Insgesamt lassen unsere Ergebnisse deshalb darauf schließen, dass die Durchführung von TT bei der Behandlung von SCI eine Transplantation von NPCs sinnvoll ergänzen kann.