Dissertation
Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

 

Anna Heile

 

Regenerative Stammzelltherapie von neurodegenerativen Erkrankungen durch Cellbeads

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-96292

title (engl.)

Regenerative stem cell therapy of neurodegenerative diseases using Cellbeads

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2008

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/heilea_ws08.pdf

abstract (deutsch)

Die vorliegende Arbeit untersucht nach Schädigung des ZNS neuroprotektive und regenerative Effekte von alginatgekapselten humanen mesenchymalen Stammzellen (hMSCs), die Glucagon-like Peptide-1 (GLP-1) sezernieren (Cellbeads). Die Alginatkapseln wurden zur Wirkstofffreisetzung intrazerebral implantiert.

Experimentell wurden zum einen die Pharmakokinetik und die Biokompatibilität der Cellbeads untersucht, und zum anderen ihre Wirksamkeit auf die Folgeschäden bei experimentellem Schädel-Hirn-Trauma und Normaldruck-Hydrozephalus. Bislang existieren für beide Pathologien lediglich symptomatische Therapieansätze.

Im Rahmen der Biokompatibiltätsuntersuchung wurden die Cellbeads sowohl intraventrikulär als auch intraparenchymal implantiert. Anhand histologischer, morphologischer und funktioneller Kriterien wurden die gewebliche Abstoßungsreaktion und die Vitalität der verkapselten Stammzellen nach temporärer Implantation bewertet.

Zur Analyse der Wirksamkeit der GLP-1 sezernierenden Cellbeads nach akuter Hirnschädigung (experimentelles Schädel-Hirn-Trauma mittels Controlled Cortical Impact Technik) wurde die Hirnschädigung immunhistologisch im Vergleich zu Kontrollgruppen (unbehandelt, leere Alginatkapseln, Kapseln mit nativen hMSCs) untersucht. Zur Erfasssung möglicher neuroregenerativer Wirkungen bei vorwiegend chronischen ZNS-Erkrankungen wurde die Wirksamkeit der Cellbeads beim experimentellen Kaolinhydrozephalus untersucht. Auch hier blieben die Tiere  entweder unbehandelt oder wurden mit leeren, Stammzell- oder GLP-1 Stammzell-Cellbeads behandelt. Zur morphologischen Auswertung wurden allgemeine histologische Veränderungen sowie degenerative und entzündliche Prozesse immunhistologisch mit unterschiedlichen Antikörpern beurteilt (Neuron Specific Nuclear Protein, Microtubule-associated Protein-2, Glial fibrilic acid protein, Beta-Amyloid 1-40/42, brain Nitric Oxide Synthetase und Heat Shock Protein 70).

Anhand der Pharmakokinetikstudie und der Langzeituntersuchung von GLP-1 Cellbeads nach intraparenchymaler Implantation konnte gezeigt werden, dass die Implantate nach einer Versuchsdauer von zwei Wochen, drei und sechs Monaten einer sicheren Immunabschirmung unterlagen und zu keinerlei Nebenwirkungen oder Abstoßungsreaktionen führten. Zudem waren die Zellen nach der Explantation vital und funktionsfähig. Im Rahmen der Beurteilung der Wirksamkeit konnten nach einer Versuchsdauer von zwei Wochen im Schädel-Hirn-Trauma-Modell und fünf Wochen im Hydrozephalusmodell eine signifikante Wirkstofffreisetzung und neuroprotektive Effekte des GLP-1 gezeigt werden. Humane mesenchymale Stammzellen, die kein GLP-1 sezernierten, zeigten ebenfalls neuroprotektive Effekte, die jedoch zum Teil schwächer ausgeprägt waren als die der GLP-1 sezernierenden Stammzellen.

Die durchgeführten Untersuchungen weisen auf ein therapeutisches Potential der alginatverkapselten Stammzellen und des GLP-1 als Therapeutikum zur Neuroprotektion und Neuroregeneration nach akuter oder chronischer Schädigung des Gehirns.

 

abstract (englisch)

The present study evaluates neuroprotective and regenerative effects of alginate encapsulated, genetically modified human mesenchymal stem cells (hMSCs) secreting glucagon-like peptide 1 (GLP-1) Cellbeads after CNS damage.The alginate capsules were implanted intracerebrally.

In this study, the pharmacokinetics and the biocompatibility of the Cellbeads were analysed. Furthermore, the neuroprotective effects of GLP-1 secreting Cellbeads were tested in a model of traumatic brain injury and in kaolin-induced hydrocephalus. Up to now, both diseases can only be treated symptomatically.

Within the biocompatibility study, the Cellbeads were implanted either into the ventricle or into the brain parenchyma. Tissue reaction and vitality of the implanted encapsulated stem cells after temporary implantation were evaluated by histology, morphology, and function.

In order to analyze the neuroprotective effects of GLP-1 secreting Cellbeads after acute brain damage (experimental head trauma via controlled cortical impact), the brain damage was compared to control groups (untreated, empty alginate capsules or capsules containing native hMSCs) using immunhistology. In order to capture possible neuroregenerative effects within chronical CNS diseases, the efficacy of Cellbeads was tested in a model of kaolin-induced hydrocephalus. Again, animals either remained untreated or were treated with empty, stem cell or GLP-1 secreting stem cell Cellbeads. For morphological evaluation, general histological changes as well as degenerative and inflammatory processes were assessed using different antibodies (Neuron Specific Nuclear Protein, Microtubule-associated Protein-2, Glial fibrilic acid protein, Beta-Amyloid 1-40/42, brain Nitric Oxide Synthetase und Heat Shock Protein 70).

The pharmacokinetic study and the long-term study on GLP-1 Cellbeads after intraparenchymal implantation showed an effective immune shielding of the implants and a lack of adverse effects on the host. Moreover, the cells remained viable after implantation and even after explantation. Within the efficacy studies, a significant release of the therapeutic agent as well as neuroprotective effects were demonstrated after two weeks in case of experimental traumatic brain injury and after five weeks in experimental hydrocephalus. Human mesenchymal stem cells that did not secrete GLP-1 showed similar effects, even though partly to a lesser extent.

The present study confirmed the possible successful use of alginate encapsulated stem cells and the neuroprotective potential of GLP-1 regarding neuroprotection and neuronal regeneration after acute or chronic damages in the brain.

 

keywords

Stammzellen, neurodegenerative Erkrankungen, GLP-1; stem cells, neurodegenerative diseases, GLP-1

kb

10.555