Sujet: Dr. Eva Sykova (Prague - République Tchèque)

[TDelrieu]

22 avril 2006

Cellules souches de Moelle osseuse et Hydrogels Polymères - deux Stratégies pour la Réparation des Lésions de la Moelle épinière.

Sykova E, Jendelova P, Urdzikova L, Lesny P, Hejcl A.

Institute of Experimental Medicine ASCR, Videnska, 1083 142 20, Prague 4, République tchèque.

1. L'apparition d’études cliniques pour traiter le cerveau et la lésion de la moelle épinière (LME) nous a menés à examiner l'effet de la transplantation de cellules souches autologues adultes ainsi que l'utilisation d'échafaudages de polymère dans la régénération de moelle épinière. Nous avons comparé l’injection intraveineuse de cellules souches mésenchymales (MSCs) ou l'injection d’une fraction mononucléaire de cellules de moelle osseuse (BMCs) fraîchement préparée sur le traitement d'une lésion de compression de moelle épinière aiguë ou chronique induite par ballon dans des rats. Basé sur nos études expérimentales, l'implantation de BMCs autologues ont été employées dans une Phase I/II d’essai clinique dans des patients (n=20) avec une lésion transversale de la moelle épinière.

2. Les MSCs ont été isolées de la moelle osseuse de rat par leur adhérence au plastique, marquées par des nanoparticules d'oxyde de fer et développées in vitro. Des hydrogels macroporeux basés sur des dérivés de 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) ou 2-hydroxypropyl methacrylamide (HPMA) ont été préparé, ensuite modifié par co-polymérisation avec une dégradation hydrolytique, N, O-dimethacryloylhydroxylamine, ou par différentes charges électriques de surfaces. Hydrogels seuls ou hydrogels ensemensés avec des MSCs ont été implantés dans des rats avec des moelles épinières hémisectionnées.

3. Les animaux lésionnés greffés avec des MSCs ou BMCs avaient des lésions plus petites 35 jours après la greffe et un score BBB (de locomotion) plus élevé que les animaux du groupe contrôle, et ils ont aussi montré un rétablissement plus rapide de la sensibilité dans leurs membres postérieurs dans le Test Plantaire. L'amélioration fonctionnelle a été plus prononcée chez les rats traités avec les MSCs. Dans les images IRM, la lésion colonisée par les cellules greffées a apparu comme une zone hypointense (sombre) et était considérablement plus petite que chez les animaux contrôles. Des mesures morphométriques ont montré une augmentation du volume de la matière blanche chez les animaux traités avec les cellules. Dans l'essai clinique, nous avons comparé l’administration par voie intra-artérielle (via a. Vertebralis, n=6) contre administration intra-veineuse de BMCs (n=14) dans un groupe de patients subaigus (post-LME de 10 à 33 jours, n=8) et chroniques (2-18 mois, n=12). Pour le suivi des patients, nous avons employé le MEP (Motor Evoked Potential), SEP (Somatosensory Evoked Potential), IRM et score ASIA. Notre étude clinique a montré que l'implantation de BMCs dans des patients est sûre, vu qu’il n'y a eu aucune complication après l'administration des cellules. L'amélioration partielle en score ASIA et le rétablissement partiel MEP (moteur) ou SEP (sensoriel) été observé dans tous les patients subaigus qui ont reçu les cellules via a. Vertebralis (n=4) et dans quatre patients subaigus qui ont reçu les cellules intraveineusement. L'amélioration a été aussi observée dans un patient chronique qui a reçu les cellules via a. Vertebralis. Une plus grande population de patients est nécessaire avant que d’autres conclusions ne puissent être tirées. L'implantation d'hydrogels dans des moelles épinières hémisectionnées de rats a montré que la croissance cellulaire a été plus prononcée dans les co-polymères HEMA avec une charge électrique de surface positive. Bien que la plupart des cellules avaient les propriétés morphologiques d'éléments de tissu connectifs, nous avons trouvé des axones avec marqueur NF-160 envahissant tout l’hydrogel implanté du tronçon proximal et distal. Les Hydrogels biodégradables se sont dégradés à la bordure qui était en contact direct avec le tissu de la moelle épinière. Ils ont été résorbés par les macrophages et ont été remplacés par du tissu nouvellement formé contenant des éléments de tissu connectifs, des vaisseaux sanguins, des processus astrocytaires GFAP, et des neurofilaments NF-160. De plus, nous avons implanté des hydrogels ensemencés avec des MSCs marquées par des nanoparticules dans des moelles épinières hémisectionnées de rats. Les Hydrogels ensemencés avec des MSCs étaient visibles sur les images IRM comme des zones hypointenses et confirmés histologiquement avec la coloration positive au bleu prussien des cellules dans les hydrogels.

4. Nous concluons que le traitement avec des populations différentes de cellules de moelle osseuse ont eu un effet positif sur le résultat comportemental et l'évaluation histopathologique après LME chez les rats ; cet effet positif a été plus prononcé suite au traitement avec les MSCs. Notre étude clinique suggère un effet positif possible dans les patients avec LME. Réduire la cavité de la lésion peut être une approche pour améliorer la régénération. Nos études précliniques ont montré que les hydrogels polymères macroporeux basés sur des dérivées de HEMA ou HPMA sont des matériaux appropriés pour réduire les cavités après LME ; leurs propriétés chimiques et physiques peuvent être modifiées pour une utilisation spécifique et des implants 3D ensemencés avec différents types de cellules peuvent faciliter la croissance d'axones.


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Cell Mol Neurobiol. 2006 Apr 22.
 
Bone Marrow Stem Cells and Polymer Hydrogels-Two Strategies for Spinal Cord Injury Repair.

Sykova E, Jendelova P, Urdzikova L, Lesny P, Hejcl A.

Institute of Experimental Medicine ASCR, Videnska, 1083 142 20, Prague 4, Czech Republic.

1. Emerging clinical studies of treating brain and spinal cord injury (SCI) led us to examine the effect of autologous adult stem cell transplantation as well as the use of polymer scaffolds in spinal cord regeneration. We compared an intravenous injection of mesenchymal stem cells (MSCs) or the injection of a freshly prepared mononuclear fraction of bone marrow cells (BMCs) on the treatment of an acute or chronic balloon-induced spinal cord compression lesion in rats. Based on our experimental studies, autologous BMC implantation has been used in a Phase I/II clinical trial in patients (n=20) with a transversal spinal cord lesion.
2. MSCs were isolated from rat bone marrow by their adherence to plastic, labeled with iron-oxide nanoparticles and expanded in vitro. Macroporous hydrogels based on derivatives of 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) or 2-hydroxypropyl methacrylamide (HPMA) were prepared, then modified by their copolymerization with a hydrolytically degradable crosslinker, N,O-dimethacryloylhydroxylamine, or by different surface electric charges. Hydrogels or hydrogels seeded with MSCs were implanted into rats with hemisected spinal cords.
3. Lesioned animals grafted with MSCs or BMCs had smaller lesions 35 days postgrafting and higher scores in BBB testing than did control animals and also showed a faster recovery of sensitivity in their hind limbs using the plantar test. The functional improvement was more pronounced in MSC-treated rats. In MR images, the lesion populated by grafted cells appeared as a dark hypointense area and was considerably smaller than in control animals. Morphometric measurements showed an increase in the volume of spared white matter in cell-treated animals. In the clinical trial, we compared intraarterial (via a. vertebralis, n=6) versus intravenous administration of BMCs (n=14) in a group of subacute (10-33 days post-SCI, n=8) and chronic patients (2-18 months, n=12). For patient follow-up we used MEP, SEP, MRI, and the ASIA score. Our clinical study revealed that the implantation of BMCs into patients is safe, as there were no complications following cell administration. Partial improvement in the ASIA score and partial recovery of MEP or SEP have been observed in all subacute patients who received cells via a. vertebralis (n=4) and in one out of four subacute patients who received cells intravenously. Improvement was also found in one chronic patient who received cells via a. vertebralis. A much larger population of patients is needed before any conclusions can be drawn. The implantation of hydrogels into hemisected rat spinal cords showed that cellular ingrowth was most pronounced in copolymers of HEMA with a positive surface electric charge. Although most of the cells had the morphological properties of connective tissue elements, we found NF-160-positive axons invading all the implanted hydrogels from both the proximal and distal stumps. The biodegradable hydrogels degraded from the border that was in direct contact with the spinal cord tissue. They were resorbed by macrophages and replaced by newly formed tissue containing connective tissue elements, blood vessels, GFAP-positive astrocytic processes, and NF-160-positive neurofilaments. Additionally, we implanted hydrogels seeded with nanoparticle-labeled MSCs into hemisected rat spinal cords. Hydrogels seeded with MSCs were visible on MR images as hypointense areas, and subsequent Prussian blue histological staining confirmed positively stained cells within the hydrogels.
4. We conclude that treatment with different bone marrow cell populations had a positive effect on behavioral outcome and histopathological assessment after SCI in rats; this positive effect was most pronounced following MSC treatment. Our clinical study suggests a possible positive effect in patients with SCI. Bridging the lesion cavity can be an approach for further improving regeneration. Our preclinical studies showed that macroporous polymer hydrogels based on derivatives of HEMA or HPMA are suitable materials for bridging cavities after SCI; their chemical and physical properties can be modified to a specific use, and 3D implants seeded with different cell types may facilitate the ingrowth of axons.

Source : http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi...

[schtaff]

Dr Sykova expérimente maintenant des cellules souches incorporées dans une matrice de gel

Aurait elle l'intention d'utiliser le Neurogel comme matrice de croissance?

Si des membres de l'Association "Neurogel en Marche" sont présent ici, pourriez-vous nous en dire un peu plus ?

Salutations

[TDelrieu]

Extrait d’un article de S. Laurance Johnston, Ph. D., dans « Paraplegia News » d’Avril 2005:

RÉPUBLIQUE TCHÈQUE : Dr. Eva Sykova et collègues ont prélevé des cellules souches autologues de moelle osseuse des os iliaques (c.-à-d. hanche) de 17 patients. Dans un délai de cinq heures, ces cellules ont été réimplantées chez le patient par l'artère vertébrale (7 cas), en intraveineuse (10 cas), ou sous la membrane de la dure-mère dans le cordon médulaire (1 cas). Huit patients ont été traités 11-30 jours et neuf 2 mois après leurs lésions ; un patient a été traité deux fois. Quatre ont amélioré leur score ASIA, sept ont augmenté la conduction neuronale, et les lésions de trois patients ont été réduites en taille comme mesurées par IRM. En général, les résultats ont été meilleurs pour les patients qui ont eu le traitement proche de la période des lésions (en phase aiguë ou sub-aiguë).
Dr Sykova expérimente maintenant des cellules souches incorporées dans une matrice de gel, et traite des patients avec des cellules souches dérivées de moelle osseuse qui sont injectées dans le sang après stimulation par une substance active.

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CZECH REPUBLIC: Dr. Eva Sykova and colleagues have harvested autologous, bone-marrow stem cells from the iliac bones (i.e., hip) of 17 patients. Within five hours of harvesting, cells were re-introduced into the patient through the vertebral artery (7 cases), intravenously (10 cases), or underneath the cord's dura membrane (1 case). Eight and nine patients were treated 11-30 days and 2'A months after injury, respectively; one patient was treated twice. Four had improved ASIA scores, seven had enhanced neuronal conduction, and the lesions of three were reduced in size as measured by MRI.
In general, more benefits accrued when the treatment took place closer to the time of injury. Sykova is now experimenting with stem cells incorporated within a gel matrix, and treating patients with bone-marrow-derived stem cells that have spilled over into blood after drug stimulation.

Source : http://www.neurovita.ru/pressa/eng_pn_0405.html

Dr. Eva Sykova
Institute of Experimental Medicine
Academy of Sciences of the Czech Republic
Videnska 1083, 142 20 Prague 4
Phone: (+420) 296 442 204 or 296 442 682
Fax: (+420) 296 442 783
E-mail: sykova@biomed.cas.cz

Web site : http://uemweb.biomed.cas.cz/lab01.htm

Résultats concernant les essais cliniques et pré-cliniques présentés lors du Congrès des Neurosciences Américaines (2004) :

Lors de ce congrès un seul essai clinique a fait l’objet d’un poster (Sykova, République Tchèque, 1). Cette étude faisait suite à des travaux effectués chez le rat dont la moelle épinière a été lésée et qui ont reçu par injection intraveineuse des cellules provenant de la moelle osseuse. Ces cellules pluripotentes auraient la particularité de migrer en direction de la lésion et de se différencier en neurones. Comparés aux animaux contrôles, les animaux traités avaient une meilleure récupération de la locomotion (évalués avec le « test BBB ») et de la sensibilité des membres postérieurs. De plus, grâce à la technique d’imagerie par résonance magnétique (IRM), les cellules transplantées ont été observées au niveau de la lésion. Enfin un marquage histologique a montré que la lésion était considérablement réduite chez les animaux traités.
Ces travaux ont été suivis par une étude clinique effectuée sur 17 patients atteints d’une lésion médullaire. Tous ces patients ont reçu une transplantation autologue de cellules de moelle osseuse par différents modes d’administration : intraspinal ou intraveineux. Les résultats préliminaires montrent en premier lieu que tous les patients ont bien tolérés la thérapie cellulaire et qu’aucune complication n’a été observée. De plus, des tests locomoteurs  (« motor score » (MS) et « ASIA score »), ont été effectués à 3, 6 et 12 mois après le traitement et ont permis de montrer chez certains patients une légère amélioration du mouvement au cours du temps.
Ces résultats préliminaires sont prometteurs, mais nécessitent néanmoins d’autres évaluations.
 
En ce qui concerne les essais pré cliniques chez le singe, deux études ont évalués les effets d’une transplantation soit de fibroblastes génétiquement modifiés induisant la sécrétion de facteurs de croissance (BDNF et NT-3), soit de cellules engainantes provenant du bulbe olfactif. De nombreux travaux expérimentaux ont préalablement mis en évidence les effets bénéfiques de ces deux approches sur la récupération locomotrice chez le rat.

Dans la première étude (2), des singes adultes ont subi une lésion unilatérale au niveau cervical C5-6. Immédiatement après la lésion, des fibroblastes génétiquement modifiés induisant la sécrétion de facteurs de croissance (BDNF et NT-3), ont été transplantés dans le site de lésion. L’analyse fonctionnelle d’une tache motrice fine de la main et de la locomotion sur tapis roulant a été réalisée sur une période entre 6 et 12 mois A long terme, les singes avaient des difficultés à activer les muscles distaux lors du contrôle moteur fin. Au niveau locomoteur, le traitement ne semblait pas affecter les résultats fonctionnels. Comme chez les singes contrôles (3), les animaux ont récupéré leur capacité à marcher sur le tapis roulant mais ont gardé des déficits significatifs de la coordination entre les membres antérieurs et postérieurs.
L’analyse anatomique a révélé cependant que l’implantation des cellules dans le site de lésion avait un effet trophique sur la repousse des voies descendantes.
Un autre travail anatomique de la même équipe a permis de compléter ces données (4). Des fibroblastes autologues génétiquement modifiés ont été, de la même façon, greffés chez un singe adulte lésé par hémisection unilatérale au niveau cervical C5-6 droit. Dix mois après l’opération, un traceur fluorescent a été injecté dans le cortex moteur primaire gauche (contralatéral) et le traceur a été transporté jusqu’à la portion cervico-thoracique de la moelle épinière. De nombreux marquages du tractus corticospinal ont alors été détectés dans le segment thoracique haut, ipsilatéral et caudal à l’hémisection C5-6. Quelques arborisations axonales corticospinales traversant la ligne médiane dorsalement et ventralement au canal central ont pu être observés. Enfin, leurs données suggèrent que la repousse des axones cortico-spinaux contralatéraux à la lésion pourraient réinnerver les segments spinaux ipsilatéraux et caudaux au site de lésion.

Dans la seconde étude (5), un modèle de transplantation autologue de cellules engainantes provenant du bulbe olfactif a été développé. Une lésion ciblée de la voie corticospinale au niveau cervical haut a été effectuée par injection de courant chez 6 animaux. Les cellules ont été transplantées 14 jours après la lésion et l’analyse a été effectuée 45 jours après.
Les résultats préliminaires ont montré que :
a- la transplantation autologue est possible et reproductible chez le primate
b- la lésion ciblée est réalisable par injection de courant et induit une gliose et une démyiélinisation importante
c- après la transplantation, les cellules transplantées sont identifiées dans le tissu hôte mais une plus longue période de survie après la transplantation est nécessaire pour achever la réparation axonale.
Pour le moment, la récupération fonctionnelle n’a pas encore été analysée.


1) E.M.Sykova, P.Jendelova, L.Udzikova, M.Burian, K.Glogarova, M.Hajek. Use of bone marrow cells for spinal cord injury repair. Program No. 106.9. 2004.

2) G.Courtine, J.Hodgson, J.Raven, R.R.Roy, H.McKay, T.Bernot, H, Yang, M.H.Tuszynski, V.R.Edgerton. Effect of unilateral corticospinal tract (CST) lesion or a complete cervical hemisection (HS) on locomotor performance in a primate. Program No. 654.7. 2004

3) H, Yang, H.McKay, J.Hodgson, T.Bernot, J.Raven, G.Courtine, P.Lu, A.Blesch, R.R.Roy, V.R.Edgerton, M.H.Tuszynski. BDNF and NT-3 gene delivery in models of primate spinal cord injury. Program No.106.14. 2004

4) L.A.Havton, H.Yang, H.McKay, J.Hodgson, T.Bernot, J.Raven, G.Courtine, P.Lu, A.Blesch, R.R.Roy, V.R.Edgerton, M.H.Tuszynski. Plasticity of the corticospinal tract in a primate spinal cord injury model. Program No. 185.10. 2004

5) C.E.Casas, L.P.Herrera, R. Corredor, I. Margitich, K.Kim, J.D.Guest. Non-human primate model of autologous olfactory ensheathing glia transplantation following a stereotaxic electrolytic unilateral lesion of the medullary pyramid. Program No. 184.5. 2004