Therapeutic effect of neural induced mesenchymal stem cells in ischemic rat brain

Abstract

Mesenchymal stem cells (MSCs) have been shown to improve a variety of neurological dysfunction by their paracrine effects. Neurogenin-1 (Ngn1) is a proneural gene that directs neuronal differentiation of progenitor cells during development. In recently study, intracranial injection of Ngn1-expessing MSCs showed the remarked improvement of motor dysfunction in stroke model compared to MSC and PBS treated group. However, intracranial injection is not feasible method to use in clinical field. Therefore, we conducted the study to investigate that intra-arterial injection of Ngn1-expressing MSCs can improve motor deficit in ischemic rat model. Cerebral ischemic stroke is a serious public health concern. It causes considerable death and disability. Only limited treatment options are available in the acute phase of stroke. Fifteen Sprague-Dawley rats were subinjected to transient middle cerebral artery occlusion (tMCAo) of 2 hours with the suture occlusion model. Magnetic resonance image (MRI), including diffusion-weighted imaging (DWI) and T2-weighted imaging was performed at 2, 7 and 28days after withdrawal of the suture. Motor function evaluation including ratarod test and adhesive removal test was performed at 1, 7, 14 and 28 days. Amimals were divided into 3 subgroups. Each group received 1×10⁶ MSC-Ngn1 cells, 1×10⁶ MSC-lacZ cells and normal saline respectively. The distribution and phenotype of injected stem cells were compared among the groups. Rat injected with MSC-Ngn1 showed the tendency of motor dysfunction improvement compared to MSC-LacZ and control groups. The induction of neural stem cell number was greater in MSC-Ngn1 injected rat than in other groups. Intra-arterial injection of MSC-Ngn1 cell in stroke model showed the remarkable improvement of motor dysfunction. Intra-arterial injection can be the feasible method of stem cell transplant.

대뇌허혈성뇌졸중은 심각한 공중보건 문제 중 하나이다. 그것은 상당한 사망과 장애를 초래합니다. 뇌졸중의 급성기에는 제한된 치료만 가능하다. Mesenchymal 줄기세포 (MSCs)는 paracrine 효과에 의해 다양한 신경기능장애를 개선하는 것으로 알려져있다. Neurogenin-1 (Ngn1)은 신경발달동안 신경전구세포분화를 조절하는 인자이다. 최근 연구에서 Ngn1 발현하는 MSC의 허혈성뇌로의 주입은 MSC 및 PBS 투여군과 비교하여 운동장애의 현저한 개선을보였다. 그러나, intracranial 주입은 임상적용 시 최적의 주입법이 아니다. 따라서 우리는 MSC-Ngn1를 동맥 내 주입한 후 허혈성쥐 모델에서 운동능력을 향상시킬 수 있는지 조사하였다. 15 마리의 Sprague-Dawley 래트를 2 시간의 일시적인 중대뇌동맥폐색 (tMCAo)을 수행하여 허혈성모델을 유도한다. 봉합사를 철회한후 2, 7, 28 일째에 확산강조영상 (DWI) 및 T2 강조영상을 포함한 자기공명영상 (MRI)을 시행하였다. 1 일, 7 일, 14 일, 28일에 ratarod test와 adhesive removal test를 포함한 운동기능 평가를시행하였다. Amimals는 3개의 하위그룹으로 나뉘어졌습니다. 각군에는 1 × 106 개의 MSC-Ngn1 세포, 1 × 106 개의 MSC-lacZ세포 및 정상생리식염수가 각각 투여되었다. 주입된 줄기세포의 분포를 그룹 간 비교하였다. MSC-Ngn1을 주사한 랫트는 MSC-LacZ 및 대조군과 비교하여 운동장애 개선의 경향을나타났다. 신경줄기세포수는 MSC-Ngn1 주사쥐에서 다른 군보다 더컸다. 뇌졸중 모델에서 MSC-Ngn1 세포의 동맥내주사는 운동장애의 현저한 개선을 보였다. 동맥내주사는 줄기세포이식의 실현가능한 방법일 수 있다.