Neuroregenerative therapy of spinal cord trauma: role and perspectives of stem cells transplantation

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

It is a review of the problem, modern approaches and experimental and clinical data on different stem cells transplantation in the treatment of spinal cord traumas in experimental animals and in clinical practice. Cellular technologies might be used in neurological deficiency state in spinal cord injuries, but their usage is controvresial. Possible complications of cellular therapy in experiment and clinical practice and further usage are discussed.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. Yu. Zaytsev

Clinic of Reparative Interventional Neurology and Therapy «NeiroVita» Lmd.

Author for correspondence.
Email: redaktor@celltranspl.ru
Russian Federation, Moscow

A. S. Bryukhovetsky

Clinic of Reparative Interventional Neurology and Therapy «NeiroVita» Lmd.

Email: redaktor@celltranspl.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. Леонтьев М.А. Эпидемиология спинальной травмы и частота полного анатомического повреждения спинного мозга. В кн.: Актуальные проблемы реабилитации инвалидов. 2003 Новокузнецк: 37-8.
  2. Kakulas B.A. Neuropathology: the foundation for new treatments in spinal cord injury. Spinal Cord 2004; 42(10): 549-63.
  3. Young W. Bases for Hope in Spinal Cord Injury. http://sci.rutgers.edu.
  4. Tsai E.C., Tator C.H. Neuroprotection and regeneration strategies for spinal cord repair. Curr. Pharm. Des. 2005; 11(10): 1211-22.
  5. Брюховецкий А.С. Трансплантация нервных клеток и тканевая инженерия мозга при нервных болезнях. 2003 М.: ЗАО "Клиника восстановительной интервенционной неврологии и терапии "НейроВита": 398.
  6. Берсенев А.В. Клеточная трансплантология - история, современное состояние и перспективы. Клеточная трансплантология и тканевая инженерия 2005; 1: 49-56.
  7. Горелова Л.Е. Из истории переливания крови человеку с лечебной целью. РМ 2002; 10: 25.
  8. Деев Р.В. Научное наследие Александра Максимова и современность. Клеточная трансплантология и тканевая инженерия 2005; 1: 4-8.
  9. Станков Д.С., Катунян П.И., Крашенинников М.Е., Онищенко Н.А. Нейротрансплантация в лечение травмы спинного мозга. Вестник трансплантологии и искусственных органов 2003; 1: 44-52.
  10. Richardson P.M., McGuinness U.M., Aguayo A.J. Axons from CNS neurons regenerate into PNS grafts. Nature 1980; 284: 264-5.
  11. Шевелев И.Н., Басков А.В., Яриков Д.Е., Борщенко И.А. Восстановление функции спинного мозга: современные возможности и перспективы исследования. Вопросы нейрохирургии 2000; 3: http:// www.medlit.ru/medrus/jurbur.htm.
  12. Acheson A., Barker P.A., Alderson R.F. et al. Detection of brain-derived neurotrophic factor-like activity in fibroblasts and Schwann cells: inhibition by antibodies to NGF. Neuron 1991; 7: 265-75.
  13. Friedman B., Scherer S.S. Rudge J.S. et al. Regulation of ciliary neurotrophic factor expression in myelin-related Schwann cells in vivo. Neuron 1992; 9: 295-305.
  14. Xu X.M., Chen A., Guenard V. et al. Bridging Schwann cell transplants promote axonal regeneration from both the rostral and caudal stumps of transected adult rat spinal cord. J. Neurocytol. 1997; 26: 1-16.
  15. Xu X.M., Guenard V., Kleitman N., Bunge M.B. Axonal regeneration into Schwann cell-seeded guidance channels grafted into transected adult rat spinal cord. J. Comp. Neurol. 1995; 351: 145-60.
  16. Hui Z., Yansheng L., Yaping F. et al. Intraspinal transplantation of human fetal Schwann cells in paraplegic patients. First International Spinal Cord Injury Treatment and Trials Symposium. Abstracts and free papers 2005; Hong-Kong.
  17. Ji-Hong S., Hui Z., Yan-Sheng L. et al. Rudimentary study on transplantation of Schwann cells for the repair of acute complete spinal cord injuri. First International Spinal Cord Injury Treatment and Trials Symposium. Abstracts and free papers 2005; Hong-Kong.
  18. Menei P., Montero-Menei C., Whittemore S.R. et al. Schwann cells genetically modified to secrete human BDNF promote enhanced axonal regrowth across transected adult rat spinal cord. Eur. J. Neurosci. 1998; 10: 607-21.
  19. Sayers S.T., Khan N., Ahmed Y. et al. Preparation of brain-derived neurotrophic factor- and neurotrophin-3-secreting Schwann cells by infection with a retroviral vector. J. Mol. Neurosci. 1998; 10: 143-60.
  20. Weider N., Blesch A., Grill R.J., Tuszynski M.H. Nerve growth factor-hypersecreting Schwann cell grafts augment and guide spinal cord axonal growth and remyelinate central nervous system axons in a phenotypically appropriate manner that correlates with expression of L1. J. Comp. Neurol. 1999; 413: 495506.
  21. Evans M.J., Kaufman M.H. Establishment in culture of pluri-potential cells from mouse embryos. Nature 1981: 292: 154-6.
  22. Martin G.R. Isolation of pluripotent cell line from early mouse embryos cultured in medium conditioned to tera-tocarcinoma stem sells. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 198l; 78: 7634-8.
  23. Wobus A.M., Holzhausen H., Jakel P., Schoneich J. Characterization of a pluripotent stem cell line derived from mouse embryo. Exp. Cell Res. 1984; 152: 212-9.
  24. McBurney M.W., Reuhl K.R., Ally A.I. Differentiation and maturation of embryonal carcinoma-derived neurons in cell culture. J. Neurosci. 1988; 8: 1063-73.
  25. Brustle O. Building brain: neuronal chimeras in the study of nervous system development and repair. Brain Pathol. 1999; 9: 527-45.
  26. Викторов И.В. Стволовые клетки мозга млекопитающих: биология стволовых клеток in vivo и in vitro. Известия АН. Серия Биологическая 2001; 6: 646-55.
  27. Репин В.С., Ржанинова А.А., Шаменков Д.А. Эмбриональные стволовые клетки: фундаментальная биология и медицина. М.: «Реметэкс» 2002: 175.
  28. Bjorklund A., Stenevi U. Intracerebral neural transplants neuronal replacement and reconstruction of damages circuitries. Ann. Rev. Neurosci. 1984; 7: 279-308.
  29. Liu S., Qu Y. Stewart T.J. et al. Embrionic stem cells differentiate into oligodendrocytes and myelinate in culture and after spinal cord transplantation. Proc. Nat. Acad. Sci. USA 2000; 97: 6126-31.
  30. McDonald J.W., Liu X.Z., Qu Y. et al. Transplanted embryonic stem cells survive, differentiate, and promote recovery in injured rat spinal cord. Nat. Med. 2000; 5: 1410-2.
  31. Wichterle H., Lieberam I., Porter J.A. et al. Directed differention of embryonic stem cells into motor neurons. Cell. 2002; 110: 385-97.
  32. Lanza R., Gearhart J., Hogan B. et al. Essentials of Stem Cell Biology. 2005: 548.
  33. Брюховецкий А.С., Ушаков С.О. Клинико-патогенетическое обоснование применения фетальных тканей человека при заболеваниях нервной системы. В кн.: Трансплантация фетальных тканей человека. М. 1996: 57-9.
  34. Рабинович С.С., Селедцов В.И., Астраков С.В. и др. Клеточная терапия в системе реанимации больных с тяжелой черепно-мозговой травмой. Вестник интенсивной терапии 2004; 4: 24-7.
  35. Рабинович С.С., Тарабан В.Я., Повещенко О.В. и др. Возможности трансплантационного лечения спинномозговых травм (описание двух случаев). В кн.: Клинические аспекты клеточной и тканевой терапии. Омск 2000: 142-7.
  36. Селедцов В.И., Рабинович С.С, Кащенко Э.А. и др. Иммунологические и клинические аспекты применения клеточной терапии в лечении последствий черепно-мозговой травмы. Клеточные технологии в биологии и медицине 2006;
  37. Mori F., Himes B.T., Kowada M. et al. Fetal spinal cord transplants rescue some axotomized rubrospinal neurons from retrograde cell death in adult rats. Exp. Neurol. 1997; 143: 45-60.
  38. Bamber N.I., Li H., Aebischer P., Xu X.M. Fetal spinal cord tissue in miniguidance channels promotes longitudinal axonal growth after grafting into hemisected adult rat spinal cords. Neural. Plas. 1999; 6: 103-21.
  39. Jakeman L.B., Reier P.J. Axonal projections between fetal spinal cord transplants and the adult rat spinal cord: a neuroanatomical tracing study of local interactions. J. Comp. Neurol. 1991; 307: 311-34.
  40. Diener P.S., Bregman B.S. Fetal spinal cord transplants support the development of target reaching and coordinated postural adjustments after neonatal cervical spinal cord injury. J. Neurosci. 1998; 18: 763-76.
  41. Отеллин В.А. Морфологическое обоснование применения метода нейротрансплантации в клинике. Вопросы нейрохирургии 1999; 4:
  42. Пальцев М.А. Введение в молекулярную медицину. М.: «Медицина» 2004: 496.
  43. Fujikawa T., Oh S.H., Pi L. et al. Teratoma formation leads to failure of treatment for type I diabetes using embryonic stem cells-derived insulinproducing cells. Am. J. Pathol. 2005; 166: 1781.
  44. Rubio D., Garcia-Castro J., Martin M.C. Spontaneus human adult stem cells transformation. Cancer Res. 2005; 65: 3035.
  45. Цымбалюк В.И., Медведев В.В. Нейрогенные стволовые клетки. Киев 2005: 596.
  46. Onifer S.M., Cannon A.B., Whittemore S.R. Altered differentiation of CNS neural progenitor cells after transplantation into the injured adult rat spinal cord. Cell Transplant. 1997; 6: 327-38.
  47. Whittemore S.R. Neuronal replacement strategies for spinal cord injury. J. Neurotrauma 1999; 16: 667-73.
  48. Fujiwara Y., Tanaka N., Ishida O. at al. Intravenously injected neural progenitor cells of transgenic rats can migrate to the injured spinal cord and differentiate into neurons, astrocytes and oligodendrocytes. Neurosci. Lett. 2004; 366(3): 287-91.
  49. Iwanami A., Kaneko S., Nakamura M. et al. Transplantation of human neural stem cells for spinal cord injury in primates. J. Neurosci. Res. 2005; 80 (2): 182-90.
  50. Hofstetter C., Holmstrom N., Lilja J. et al. Allodynia limits the usefulness of intraspinal neural stem cell grafts and directed differentiation improves outcome. Nat. Neurosci. 2005; 8 (3): 259-60.
  51. Setoguchi T., Nakashima K., Takizawa T. et al. Treatment of spinal cord injury by transplantation of fetal neural precursor cells engineered to express BMP inhibitor. Exp. Neurol. 2004; 189(1): 33-44.
  52. Kuehnle I., Goodell M.A. The therapeutic potential of stem cells from adults. BMJ 2002; 325: 372-6.
  53. Mezey E., Chandross K.J., Harta G. et al. Turning blood into brain: cells bearing neuronal antigens generated in vivo from bone marrow. Science 2000; 290: 1779-82.
  54. Brazelton T.R., Rossi F.M., Keshet G.I., Blau H.M. From marrow to brain: expression of neuronal phenotypes in adult mice. Science 2000; 290: 1775-9.
  55. Берсенев А.В. Выделение и характеристика нейральных стволовых клеток из обонятельной области слизистой оболочки носа млекопитающих. Клеточная трансплантология и тканевая инженерия 2006 1(3): 33-4.
  56. Murrell W., Feron F., Wetzig A. et al. Multipotent stem cells from adult olfactory mucosa. Dev. Dyn. 2005; 233(2): 496-515.
  57. Zhuojing L., Ming Y. The culture of olfactory ensheathing cells in vitro from human embryo. First International Spinal Cord Injury Treatment and Trials Symposium. Abstracts and free papers 2005; Hong-Kong.
  58. Roisen F.J., Klueber K.M., Lu C.L. et al. Adult human olfactory stem cells. Brain Res. 2001; 890: 11-22.
  59. Zhang X., Klueber K.M., Guo Z. et al. Aduilt human olfactory neural progenitors cultured in defined media. Exp. Neural. 2004; 186: 112-23.
  60. Carter L.A., MacDonald J.L., Roskams A.J. et al. Olfactory horizontal basal cells demonstrate a conserved multipotent progenitor phenotype. J. Neurosci. 2004; 24: 5670-83.
  61. Chen X., Fang H., Schwob J. Multipotency of purified, transplanted globose basal cells in olfactory epithelium. J. Comp. Neural. 2004; 469: 457-74.
  62. Ramon C.A., Plant G.W., Avila J., Bunge M.B. Long-distance axonal regeneration in the transected adult rat spinal cord is promoted by olfactory ensheathing glia transplants. J. Neurosci. 1998; 18: 3803-15.
  63. Raisman G. A promising therapeutic approach to spinal cord repair (editorial). J. R. Soc. Med. 2003; 96: 259-61.
  64. Tiansheng S., Jixin R., Wu J. et al. Transplantation of olfactory ensheathing cells for the treatment of spinal cord injury. First International Spinal Cord Injury Treatment and Trials Symposium. Abstracts and free papers 2005; Hong-Kong.
  65. Huiyong S., Tang Y., Wu Y.F. et al. Experimental and clinical observation olfactory ensheathing cells: Migratory property after being transplanted in spinal cord. First International Spinal Cord Injury Treatment and Trials Symposium. Abstracts and free papers 2005; Hong-Kong.
  66. Shen H.Y., Tang Y., Wu Y.F. et al. The influences of transplanted olfactory ensheathing cells of axonal regeneration in adult rat spinal cord. First International Spinal Cord Injury Treatment and Trials Symposium. Abstracts and free papers. 2005; Hong-Kong.
  67. Ramer L.M, Au E., Richter M.W. Peripheral olfactory ensheathing cells reduce scar and cavity formation and promote regeneration after spinal cord injury. J. Comp. Neurol. 2004; 473(1): 1-15.
  68. Bianco J.I., Perry C., Harkin D.G. et al. Neurotrophin 3 Promotes Purification and Proliferation of Olfactory Ensheathing Cells From Human Nose. GLIA 2004; 45: 111-23.
  69. Берсенев А.В. Аутотрансплантация обкладочных клеток обонятельного анализатора для лечения травмы спинного мозга - австралийское исследование. Клеточная трансплантология и тканевая инженерия 2005; 1: 13-4.
  70. Fe'ron F., Perry C., Cochrane J. et al. Autologous olfactory ensheathing cell transplantation in human spinal cord injury. Brain 2005; 128: 2951-60.
  71. Мусина Р.А., Бекчанова Е.С., Сухих Г.Т. Сравнительная характеристика мезенхимальных стволовых клеток, полученных из разных тканей человека. Клеточные технологии в биологии и медицине 2005; 2: 89-94.
  72. Кухарчук А.Л., Радченко В.В., Сирман В.М. Регенеративная медицина: Направления, достижения, проблемы и перспективы развития. Часть 11: Стволовые пространства. Украiнский медичний часопис 2004; 3(41) - V-VI: 99-107.
  73. Шумаков В.И., Онищенко Н.А., Крашенинников М.Е. и др. Костный мозг как источник получения мезенхимальных клеток для восстановительной терапии поврежденных органов. Вестник трансплантологии и искусственных органов 2002; 4: 7-11.
  74. Корочкин Л.И. Стволовые клетки как генетическая проблема. Вестник ВОГиС 2004; 8(2): 73-80.
  75. Tondreu T., Lagneaux L., Dejeneffe M. Bone marrow-derived mesenchymal stem cells already express specific neural proteins before any differentiation. Differentiation 2004; 72(7): 319-26.
  76. Kohyama J., Abe H., Shimazaki T. Brain from bone: Efficient «meta-differentiation» of marrow stromaderived mature osteoblasts to neurons with Noggin or a demethylating agent. Differentiation 2001; 68: 235-44.
  77. Shanchez-Ramos J.R., Song S., Kamath S.G. et al. Expression of neural markers in human umbilical cord blood. Exp. Neurol. 2001; 171; 109-15.
  78. Buzanska L., Machaj E.K., Zablocka B. et al. Human cord blood derived neurons, astrocytes and oligodendrocytes. Toxicol. In Vitro 2005; 19(7): 991-9.
  79. Vanquero J., Zurita M., Oya S., Santos M. Cell therapy using bone marrow stromal cells in chronic paraplegic rats: Systemic or local administration? Neurosci. Lett. 2006; 394(1): 1-6.
  80. Borlongan C.V., Saporta S., Poulos S.G. et al. Viability and survival of hNT neurons determine degree of functional recovery in grafted ischemic rats. Neuro. Rep. 1998; 9: 2837-42.
  81. Urdzikova L., Jendelova P., Glogarova K. et al. Transplantation of bone marrow stem cells as well as mobilization by granulocyte-colony stimulating factor promotes recovery after spinal cord injury in rats. J. Neurotrauma 2006; 23(9): 1379-91.
  82. Koda M., Okada S., Nakayama T. et al. Hematopoietic stem cell and marrow stromal cell for spinal cord injury in mice. Neuroreport. 2005; 16(16): 1763-7.
  83. Cizkova D., Rosocha J., Vanicky I. et al. Transplants of Human Mesenchymal Stem Cells Improve Functional Recovery After Spinal Cord Injury in the Rat. Cell. Mol. Neurobiol. 2006; 26(7-8):1165-78.
  84. Алексащрова М.А., Сухих Г.Т., Чайлахя^ Р.К. и др. Сравптельн1й а^ализ дифференировки и поведепя ^ейраль^ых и мезе^хималь^ых стволовых клеток человека in vitro и in vivo. Клеточные технлогии в биологии и медици^е 2006; 1: 44-52.
  85. Kurozumi K., Nakamura K., Tamiya T. et al. Mesenchymal stem cells that produce neurotrophic factors reduce ischemic damage in the rat middle cerebral artery occlusion model. Mol. Ther. 2005; 11(1): 96-104.
  86. Wislet-Gendebien S., Bruyere F., Hans G. et al. Nestin-positive mesenchymal stem cells favour the astroglial lineage in neural progenitors and stem cells by releasing active BMP4. BMC Neurusci. 2004; 5(1): 1-33.
  87. Берсенев А.В. Трансплантация клеток пуповинной крови в область повреждения спинного мозга - анализ первого клинического наблюдения. Клеточная трансплантология и тканевая инженерия 2006; 1(3): 30-1.
  88. Деев Р.В., Берсенев А.В. Роль стволовых стромальных (мезенхимальных) стволовых клеток в формировании гетеротопических оссификатов. Клеточная трансплантология и тканевая инженерия 2005; 1: 46-8.
  89. Gao J., Dennis J.E., Muzic R.F. et al. The dynamic in vivo distribution of bone marrow-derived mesenchymal stem cells after infusion. Cells Tissues Organs 2001; 169(1): 12-20.
  90. Devine S.M., Cobbs C., Jennings M. et al. Mesenchymal stem cells distribute to a wide range of tissues following systemic infusion into nonhuman primates. Blood 2003; 101(8): 2999-3001.
  91. Берсенев А.В. Изучение спонтанной онкогенетической трансформации мезенхимальных стволовых клеток человека в культуре. Клеточная трансплантология и тканевая инженерия 2005; 1: 14-6.
  92. Khakoo A.Y., Pati S., Anderson S.A. et al. Human mesenchymal stem cells exert potent antitumorigenic effects in a model of Kaposi’s sarcoma. J. Exp. Med. 2006; 203(5): 1235-47.
  93. Кругляков П.В., Лохматова Е.А., Климович В.Б., Зарицкий А.Ю. Мезенхимальные стволовые клетки и иммунопатологические состояния организма. Клеточная трансплантология и тканевая инженерия 2006; 3(5): 36-41.
  94. Григорян А.С. Трансплантация мультипотентных мезенхимальных стволовых клеток для лечения реакции «трансплантат против хозяина». Клеточная трансплантология и тканевая инженерия 2006; 3(5): 31-2.
  95. Румянцев А.Г., Масчан А.А. Трансплантация гемопоэтических стволовых клеток у детей. М.: «МИА» 2003: 910.
  96. Mezey E., Key S., Vogelsang. G. et al. Transplanted bone marrow generates new neurons in human brains. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2003; 100: 1364-9.
  97. Lu C.Z., Xiao B.G. G-CSF and neuroprotection: a therapeutic perspective in cerebral ischaemia. Biochem. Soc. Trans. 2006; 34(6): 1327-33.
  98. Zhao Z.M., Li H.J., Liu H.Y. et al. Intraspinal transplantation of CD34+ human umbilical cord blood cells after spinal cord hemisection injury improves functional recovery in adult rats. Cell. Transplant. 2004; 13(2): 113-22.
  99. Willing A.E., Vendrame M., Mallery J. et al. Mobilized peripheral blood cells administered intravenously produce functional recovery in stroke. Cell. Transplant. 2003; 12: 449-54.
  100. Sigurjonsson O.E., Perreault M.C., Egeland T. et al. Adult human hemopoietic stem cells produce neurons efficiently in the regenerating chicken embryo spinal cord. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2005; 5: 5227-32.
  101. Chopp M., Zhang X.H., Li Y. et al Spinal cord injury in rat: treatment with bone marrow stromal cell transplantation. Neuroreport. 2000; 11: 3001-5.
  102. Koshizuka S., Okada S., Okawa A. et al. Transplanted hematopoietic stem cells from bone marrow differentiate into neural lineare cells and promote functional recovery after spinal cord injury in mice. J. Neuropathol. Neurol. 2004; 63(1): 64-72.
  103. Fujiki M., Furukawa Y., Kobayashi H. et al. Geranylgeranylacetone limits secondary injury, neuronal death, and progressive necrosis and cavitation after spinal cord injury. Brain Res. 2005; 1053(1-2): 175-84.
  104. Yoon H.A. Treatment of complete spinal cord injury patients by autologus bone marrow cell transplantation and administration of granulocyte-macrophage colony stimulating factor (GM-CSF). Materials of the First International Spinal Cord Injury Treatment and Trials Symposium. Abstracts and free papers 2005; Hong-Kong.
  105. Зайцев А.Ю., Красавин И.В., Брюховецкий А.С. и др. Динамика клинико-электонейромиографических показателей у пациентов с хроническим повреждением спинного мозга при лечении аутогенными гемопоэтическими стволовыми (СD34+) клетками. Клеточная трансплантология и тканевая инженерия 2006; 3(5): 48-53.
  106. Берсенев А.В. Прогенераторные клетки костного мозга участвуют в метастазировании опухолей. Клеточная трансплантология и тканевая инженерия 2006; 1(3): 17-8.
  107. Берсенев А.В. Судороги и кома как осложнения, связанные с токсичностью криопротектора (ДМСО) при трансфузии гемопоэтических клеток в клинике трансплантации костного мозга. Клеточная трансплантология и тканевая инженерия 2006; 1(3): 31-2.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1

Download (123KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2007 Eco-Vector


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: 

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies