Mesenchymal stromal cells and biological scaffolds for neural tissue regeneration

Abstract

Navzdory obrovskému pokroku v medicíně zůstává poranění centrálního nervového systému bez uspokojivého řešení. Regenerativní medicína využívá tkáňové inženýrství, buněčnou terapii, zdravotní protetiku, genovou terapii nebo růstové faktory s cílem přemostit lézi, opravit poškozená spojení a zlepšit endogenní regeneraci tak, aby došlo k obnově neurální funkce. Cílem mé práce bylo zhodnotit terapeutický potenciál dvou přístupů, transplantace lidských mezenchymálních stromálních buněk (hMSC) a biologických hydrogelů získaných z extracelulární matrix (ECM) v regeneraci nervové tkáně u modelů míšního poranění. První část práce je věnovaná charakterizaci hMSC z různých zdrojů - kostní dřeně (KD), tukové tkáně (AT) a Whartonova rosolu (WJ). Všechny typy buněk splnily minimální kritéria pro fenotyp MSC a vykazovaly podobné vlastnosti z hlediska exprese povrchových markerů, diferenciačního potenciálu, migrační kapacity a sekrece cytokinů a růstových faktorů. Pupečníková a tuková tkáň však vzhledem ke kostní dřeni poskytovaly významně vyšší výtěžky buněk a MSCs izolované z těchto tkání proliferovaly lépe než hBM-MSCs. Terapeutický účinek intratekální aplikace hWJ-MSC byl posléze vyhodnocen na kompresním modelu míšního poranění u potkanů. Byl porovnán účinek nízké (0,5 milionu) a vysoké (1,5 milionu) dávky...

Despite tremendous progress in medicine, injuries of the adult central neural system remain without satisfactory solution. Regenerative medicine employs tissue engineering, cellular therapies, medical devices, gene therapy, or growth factors with the aim to bridge the lesion, re-establish lost connections and enhance endogenous repair in order to restore neural function. The aim of my thesis was to evaluate therapeutic potential of two approaches, transplantation of human mesenchymal stromal cells (hMSCs) and biological scaffolds derived from extracellular matrix (ECM) for neural regeneration, particularly in models of spinal cord injury (SCI). First, hMSCs from various sources - bone marrow (BM), adipose tissue (AT) and Wharton's jelly (WJ) - were isolated and characterized in vitro. All cell types met the minimal criteria for MSC phenotype and displayed similar properties in terms of their surface marker expression, differentiation potential, migratory capacity, and secretion of cytokines and growth factors. On the other hand, the cell yield from WJ and AT was significantly higher, and MSCs isolated from these tissues proliferated better than from BM. Therapeutic effect of intrathecal application of hWJ-MSCs was then evaluated in SCI compression model in rats. The effect of low (0.5 million) and...