Natural biomaterials and mesenchymal stem cells in regeneration of spinal cord injury

Abstract

Poranění míchy je závažné trauma a navzdory intenzivnímu výzkumu stále neexistuje účinná léčba pro pacienty. Cílem této dizertační práce je studium nových možností terapie míšního poranění na zvířecích modelech. Zaměřili jsme se na využití přírodních materiálů, kmenových buněk, genovou terapii a možnost kombinace těchto přístupů. Byl zkoumán efekt materiálů na bázi extracelulární matrix (ECM) připravených decelularizací prasečí míchy a prasečího močového měchýře na regeneraci tkáně po akutní hemisekci míchy. Dalším testovaným materiálem byl hydrogel na bázi kyseliny hyaluronové modifikovaný RGD adhesivním peptidem aplikovaný do léze po akutní a subakutní míšní hemisekci. Ukázali jsme, že oba typy biomateriálů pozitivně ovlivnily regeneraci míšní tkáně tím, že umožnily přemostění léze a podpořily vrůstání axonů. ECM hydrogely navíc podporovaly vrůstání cév do místa poškození. Kombinace hydrogelů s mesenchymálními kmenovými buňkami izolovanými z lidského pupečníku (hWJ-MSCs) měla synergický efekt, ale vzhledem k tomu, že do hydrogelů bylo možné inkorporovat pouze omezené množství buněk, nebyl tento efekt spojený se zlepšením motorických schopností. Limitací testovaných hydrogelů na bázi ECM je rychlá degradace materiálu, která neumožní plnohodnotnou obnovu poškozené tkáně. Další část práce je...

Spinal cord injury is a serious trauma and despite intensive research there is still no effective treatment for patients. The aim of this thesis is to study new possibilities of spinal cord injury therapy in animal models. We have focused on the use of natural materials, stem cells, gene therapy and the possibility of combining these approaches. The effect of extracellular matrix (ECM) based materials prepared by decellularization of porcine spinal cord and porcine urinary bladder on tissue regeneration after acute hemisection of the spinal cord was investigated. Another tested material was a hydrogel based on hyaluronic acid modified with RGD adhesion peptide, which was applied acutely and subacutely into the hemisection lesion. We have shown that both types of biomaterials have positive effect on regeneration of the spinal cord tissue by bridging the lesion and promotion of axonal ingrowth. In addition, ECM hydrogels promote the growth of blood vessels into the lesion site. The combination of hydrogels with mesenchymal stem cells derived from human umbilical cord (hWJ-MSCs) had synergistic effect, but since only a limited number of cells could be incorporated into hydrogels, this effect was not associated with improvement in motor skills. The limitation of ECM hydrogels is their rapid...