Assessment of the therapeutic effects of adipose mesenchymal stem cells secretome on a mouse spinal cord injury model

Abstract

As lesões vertebro-medulares são atualmente uma condição devastadora e sem tratamento. Todos os anos surgem novos casos (57.8 novos casos por ano em Portugal), com uma incidência bastante elevada em jovens do sexo masculino. A causa mais comum de lesão é devida a eventos traumáticos, tais como acidentes de viação, quedas, violência e atividades desportivas, enquanto que os eventos não-traumáticos (tumores, doenças neurodegenerativas e infeciosas) são menos prevalentes. Geralmente, as lesões vertebro-medulares causam perdas de função motora e sensorial abaixo do nível da lesão. Tudo isto conduz a uma redução da qualidade de vida, tanto económica como socialmente, quer para os pacientes quer para os familiares. Este tipo de lesão na medula espinal desencadeia uma cascata de eventos moleculares e celulares, conhecida por lesão secundária, que aumentam o dano neuronal e criam um ambiente desfavorável para que a regeneração nervosa ocorra. Atualmente, na clínica apenas são usados glucocorticoides, sendo também realizada a descompressão da espinal medula por via cirúrgica. Contudo, estas abordagens apresentam uma eficácia limitada para recuperação da patologia. Neste sentido é urgente desenvolver novas terapias que possam solucionar este problema. Assim, aqui pretendemos avaliar o efeito terapêutico do secretoma de células estaminais derivadas de tecido adiposo. Estas células são caracterizadas por produzir uma vasta gama de fatores de crescimento (anti-apoptóticos, angiogénicos, neuroprotetores e imunomoduladores) que poderão modular o ambiente desfavorável após a lesão para um estado neuroprotetor e regenerador. Para além disso, a aplicação de secretoma é independente de transplantação celular, evitando os problemas associados com esta técnica. Em primeiro lugar, foi implementado um novo modelo de lesão vertebro-medular no laboratório por compressão em ratinho e verificou-se que a severidade de lesão é dependente do tempo de compressão. Depois avaliou-se o potencial terapêutico do secretoma das células estaminais derivadas de tecido adiposo neste modelo. Foram utilizados três grupos experimentais: (1) administração sistémica de secretoma; (2) administração local de secretoma; (3) Controlo - administração de meio de cultura. Os resultados mostram um efeito positivo da administração sistémica de secretoma comparativamente com o controlo, com a observação de uma tendência consistente nos diferentes testes para uma redução no tamanho da lesão, melhoria na função locomotora, comportamento exploratório, no equilíbrio e na coordenação fina. Estes resultados revelam que o secretoma de ASCs pode ter uma contribuição terapêutica importante para o tratamento de lesões vertebro-medulares.

Spinal cord Injury (SCI) is a dramatic pathology, with a high number of new cases emerging every year (57.8 new cases per year in Portugal) and a typical higher incidence is found in younger males. The most common cause of injury comes from traumatic events, such as traffic accidents, falls, violence and sports activities, while the non-traumatic events (tumours, neurodegenerative and infectious diseases) are less prevalent. Usually, SCI causes motor and sensory functional loss below the level of the spinal cord. It leads to high debilitating conditions having a strong effect on patients’ physiologic, psychologic and social behaviour. The injury itself triggers several biological events such as the activation of apoptotic pathways, the release of inflammatory cytokines and also the formation of a glial scar that primarily contains further damage, but also releases biomolecules that inhibit axons outgrowth. Currently, there is no effective treatment for SCI and the acute clinical management of these patients relies only in cord decompression and, in some cases, methylprednisolone infusion. For this reason, it is urgent to find new treatments that specifically target this condition. With this in mind, herein we aimed to assess the therapeutic value of Adipose Stem Cells (ASCs) secretome on a newly-established mice SCI model at our lab. ASCs are reported to secret several factors, including: anti-apoptotic and angiogenic factors, neuroprotectants and immunomodulators which may prime the unfavourable environment to a more neuroprotective/neuroregenerative one. Furthermore, this is a cell-transplantation-free therapy without the disadvantages associated with the transplantation of cells. Firstly, it was implemented a compression SCI mouse model with two different severities depending on compression time. Then, it was evaluated the therapeutic value of ASCs secretome after spinal compression. Mice were subjected to a laminectomy and consecutive compression at T7-T8 and divided in three experimental groups: (1) systemic administration of ASCs secretome; (2) local administration of ASCs secretome; (3) administration of culture media as control. The results showed a positive effect of systemic administration of ASCs secretome. It was also observed a consistent trend among tests to a reduction of the lesion volume, improvement of locomotor function, exploratory behaviour, balance and fine motor coordination. Altogether, these results demonstrate the therapeutic value of ASCs secretome administration for SCI.