Combining neuroprotective agents: effect of riluzole and magnesium in a rat model of thoracic spinal cord injury

Abstract

Damage to the spinal cord can result in irreversible impairments and complete loss of motor, sensory and autonomic functions. Riluzole and magnesium have been widely investigated as neuroprotective agents in animal models of spinal cord injury. As these drugs protect the injured spinal cord through different mechanisms we aimed to investigate if their neuroprotective efficacy could be cumulative. An in vivo experiment was set using female Wistar Han rats that underwent a thoracic spinal cord contusion (T8) using a weight drop method. An hour after injury, animals were randomly distributed to receive: 1) saline, 2) riluzole (2.50 mg/kg), 3) magnesium chloride (24.18 mg/kg) in a polyethylene glycol formulation, or 4) a combined treatment (riluzole and magnesium). Subsequent treatments were given in four intraperitoneal injections (spaced 12 h apart). The Basso, Beattie, and Bresnahan locomotor rating scale, an activity box test, and a swimming test were used to evaluate behavioral recovery for periods up to four weeks. Histological analysis of the spinal cords was performed to measure the extent and volume of the lesion, axonal preservation, serotonergic and glutamatergic fiber sparing, motor neuron survival, and inflammation. The results demonstrated that only the riluzole treatment significantly improved behavioral recovery, promoted tissue sparing, reduced lesion volume, while increasing serotonergic fiber sparing and axonal preservation in the caudal portion of the spinal cord. The combined treatment, although simultaneously targeting ionic and excitotoxic-related mechanisms, did not further improve behavioral and histological outcome, when compared with riluzole given alone.

Danos infligidos na medula espinal podem resultar em deficiências irreversíveis e perda total de funções motoras, sensoriais e autonómicas. Os fármacos riluzole e magnésio têm sido amplamente investigados como agentes neuroprotetores em modelos animais de lesão vertebro-medular. Dado que estes fármacos protegem a medula lesionada através de mecanismos diferentes, um estudo foi desenvolvido com o objetivo de determinar se a sua eficácia neuroprotetora poderia ser cumulativa. Um ensaio in vivo foi definido utilizando ratos fêmeas Wistar Han submetidos a uma contusão torácica da medula espinal (T8). Uma hora após a lesão, os animais foram distribuídos aleatoriamente para receber: 1) solução salina, 2) riluzole (2,50 mg / kg), 3) cloreto de magnésio (24,18 mg / kg) numa formulação de polietilenoglicol, ou 4) um tratamento combinado (riluzole e magnésio). Os tratamentos subsequentes foram dados em quatro injeções intraperitoneais (com espaçamento de 12 horas). Foram utilizados a escala de classificação locomotora Basso, Beattie e Bresnahan, um teste de campo aberto (open-field) e um teste de natação, para avaliar a recuperação comportamental/motora dos animais durante um período de quatro semanas. Foi também realizada uma análise histológica das medulas espinais de forma a medir a extensão do volume da lesão, preservação das fibras axonais, serotonérgicas e glutamatérgicas, sobrevivência de neurónios motores e inflamação. Os resultados mostraram que apenas o tratamento com riluzole melhorou significativamente a recuperação funcional, preservou tecidos e concomitantemente obteve volumes de lesão reduzidos, assim como aumentou a preservação das fibras serotonérgicas e axonais na parte caudal da medula espinal. O tratamento combinado, embora visando simultaneamente dois mecanismos relacionados com desequilíbrios iónicos e excitotoxicidade, não resultou em melhorias funcionais e histológicas, quando comparado com a administração isolada de riluzole.