DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-63725-3
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40957886
تاريخ النشر: 2025-09-16
المؤلف: R. Weber وآخرون
الموضوع الرئيسي: آليات الالتهاب العصبي والتنكس العصبي
نظرة عامة
تسلط الأبحاث الضوء على إمكانيات زراعة خلايا السلف العصبية المستمدة من خلايا جذعية متعددة القدرات المستحثة (iPSC) محليًا كاستراتيجية علاجية لتعافي السكتة الدماغية. تظهر الدراسة أن خلايا السلف العصبية يمكن أن تعيش لأكثر من خمسة أسابيع بعد الزراعة، وتتميز بشكل أساسي إلى خلايا عصبية ناضجة، وتساعد في عدة عمليات تجديدية، بما في ذلك تكوين الأوعية، وإصلاح الحاجز الدموي الدماغي، وتقليل الالتهاب، وتكوين خلايا عصبية جديدة. أظهرت الفئران المعالجة بخلايا السلف العصبية تحسنًا كبيرًا في المشي والمهارات الحركية الدقيقة، كما تم تقييمه من خلال تحليل قائم على التعلم العميق.
كشفت التحقيقات الإضافية باستخدام تسلسل RNA أحادي النواة أن خلايا السلف العصبية المزروعة تعتمد بشكل أساسي على أنماط GABAergic وglutamatergic، حيث تشارك خلايا GABAergic في التواصل مع نسيج المضيف عبر مسارات إشارة متنوعة، بما في ذلك neurexin وneuregulin وجزيء التصاق الخلايا العصبية وSLIT. توفر هذه النتائج رؤى ميكانيكية قيمة حول التفاعلات بين زراعة خلايا عصبية غريبة ونسيج المضيف المتأثر بالسكتة الدماغية، مما يبرز الوعد العلاجي لزراعة خلايا السلف العصبية لتعزيز التعافي على المدى الطويل بعد السكتة الدماغية الإقفارية.
طرق
استخدمت الدراسة تصميمًا تجريبيًا محكمًا لتقييم فعالية وإمكانات تجديد خلايا السلف العصبية المستمدة من خلايا جذعية بشرية متعددة القدرات المستحثة (hiPSC-NPCs) في علاج السكتة الدماغية في الفئران Rag2 -/- ذات المناعة المنقوصة. افترض الباحثون أن زراعة خلايا السلف العصبية داخل الأنسجة بعد سبعة أيام من السكتة ستساعد في إصلاح الأنسجة وتعزيز استعادة الوظائف الحركية. تم تقسيم الفئران إلى ثلاث مجموعات: واحدة تتلقى زراعة خلايا السلف العصبية بعد السكتة الضوئية، والثانية تخضع لزراعة وهمية بعد السكتة، والثالثة تعمل كتحكم سلبي مع جراحة وهمية وزراعة.
للتحقق من تحفيز السكتة، تم إجراء تصوير ليزر دوبلر (LDI) بعد فترة وجيزة من بداية السكتة وقبل التروية في اليوم الثالث والأربعين بعد الإصابة. تم تقييم استعادة الوظائف الحركية على مدى خمسة أسابيع باستخدام اختبارات سلوكية، بما في ذلك اختبار الدوران والمشي على السلم الأفقي والممر، مع إجراء تحليل فيديو باستخدام DeepLabCut v2.1.5 لإنشاء ملفات تعريف الحركة ثلاثية الأبعاد. تتبعت تصوير البيولومينسنس (BLI) بقاء وهجرة خلايا السلف العصبية المزروعة في نقاط زمنية متعددة. وصفت التحليلات النسيجية بعد التضحية الخلايا المزروعة وقيمت تعبير علامات الخلايا ذات الصلة، إلى جانب تقييمات حجم السكتة والزراعة. شملت الدراسة كلا الجنسين، دون اكتشاف اختلافات ذات دلالة إحصائية مرتبطة بالجنس في النتائج.
نتائج
تظهر نتائج الدراسة أن زراعة خلايا السلف العصبية المستمدة من خلايا جذعية بشرية متعددة القدرات (hiPSC-NPCs) بعد سبعة أيام من السكتة تؤدي إلى بقاء طويل الأمد للزراعة. تم تمييز خلايا السلف العصبية في ظروف خالية من الجينات الأجنبية، مما يضمن التوافق مع ممارسات التصنيع الجيدة للتطبيقات السريرية. أكدت التوصيفات وجود علامات خلايا السلف العصبية مثل Nestin وPax6، بينما كانت العلامات متعددة القدرات مثل Nanog غائبة. بعد الزراعة، انخفض تدفق الدم الدماغي بشكل كبير في كل من مجموعتي خلايا السلف العصبية والمركبة، دون وجود اختلافات كبيرة بينهما. بعد خمسة أسابيع من السكتة، لوحظ انخفاض غير ذي دلالة إحصائية في حجم الآفة في مجموعة خلايا السلف العصبية مقارنة بمجموعة المركبة (NPC: 2.24 مم³؛ المركبة: 3.66 مم³، p = 0.09).
أظهرت خلايا السلف العصبية المزروعة بقاءً مستدامًا، كما يتضح من تصوير البيولومينسنس باستخدام اللوسيفيراز، الذي أظهر زيادة كبيرة في الإشارة من الأيام 21 إلى 35 بعد الزراعة (p < 0.05). كشفت المجهرية التداخلية أن خلايا السلف العصبية هاجرت داخل الدماغ، مع أعلى كثافة لوحظت في مركز الزراعة وتوزيع ملحوظ في المحيط. كان قياس مركز الزراعة 0.32 مم²، بينما امتد المحيط إلى 0.8 مم²، مما يشير إلى أن خلايا السلف العصبية قادرة على البقاء والهجرة نحو المناطق القشرية المجاورة بعد الزراعة. بشكل عام، تدعم هذه النتائج إمكانيات خلايا السلف العصبية للتطبيقات العلاجية في تعافي السكتة الدماغية.
مناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على تأثيرات زراعة خلايا السلف العصبية (NPC) على استجابة الخلايا الدبقية الصغيرة، وتكوين خلايا عصبية جديدة، وكثافة الأوعية الدموية، واستعادة الوظائف الحركية بعد السكتة الدماغية. وجدت الدراسة أن علاج خلايا السلف العصبية قلل بشكل كبير من تنشيط الخلايا الدبقية الصغيرة، كما يتضح من انخفاض بنسبة 32% في تفاعل Iba1 المناعي في مركز السكتة مقارنة بمجموعة المركبة. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت الفئران المعالجة بخلايا السلف العصبية زيادة في تفرع الخلايا الدبقية الصغيرة ومؤشرات التشعب، مما يشير إلى مورفولوجيا أكثر تعقيدًا للخلايا الدبقية الصغيرة، بينما لم تُلاحظ اختلافات كبيرة في تكوين الندبات الدبقية أو موت الخلايا المبرمج بين مجموعات العلاج.
علاوة على ذلك، كانت زراعة خلايا السلف العصبية مرتبطة بتعزيز تجديد المحاور وتكوين خلايا عصبية جديدة، خاصة في المنطقة تحت البطينية، حيث لوحظ زيادة كبيرة في الخلايا العصبية الموجبة المزدوجة EdU+/NeuN+. كشفت التحليلات الوعائية أن الحيوانات المعالجة بخلايا السلف العصبية كانت لديها كثافة وعائية متزايدة وانخفاض في تسرب الأوعية في منطقة الحدود الإقفارية، مما يشير إلى تحسين إصلاح الأوعية. سلوكيًا، أدت زراعة خلايا السلف العصبية إلى تحسين استعادة الوظائف الحركية، كما يتضح من الأداء المحسن في اختبارات الدوران وتحليل المشي. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن علاج خلايا السلف العصبية يعزز الحماية العصبية، وتكوين خلايا عصبية جديدة، والتعافي الوظيفي بعد السكتة الدماغية، على الرغم من أن الآليات الأساسية قد لا تتوافق مباشرة مع سلامة الوصلات العصبية العضلية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-63725-3
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40957886
Publication Date: 2025-09-16
Author(s): R. Weber et al.
Primary Topic: Neuroinflammation and Neurodegeneration Mechanisms
Overview
The research highlights the potential of local transplantation of induced pluripotent stem cell (iPSC)-derived neural progenitor cells (NPCs) as a therapeutic strategy for stroke recovery. The study demonstrates that NPCs can survive for over five weeks post-transplantation, primarily differentiate into mature neurons, and facilitate several regenerative processes, including angiogenesis, blood-brain barrier repair, reduced inflammation, and neurogenesis. Mice treated with NPCs exhibited significant improvements in gait and fine-motor skills, as assessed through deep learning-based analysis.
Further investigation using single-nucleus RNA sequencing revealed that the grafted NPCs predominantly adopt GABAergic and glutamatergic phenotypes, with GABAergic cells engaging in crosstalk with the host tissue via various signaling pathways, including neurexin, neuregulin, neural cell adhesion molecule, and SLIT. These findings provide valuable mechanistic insights into the interactions between neural xenografts and host stroke-affected tissue, underscoring the therapeutic promise of NPC transplantation for enhancing long-term recovery following ischemic stroke.
Methods
The study employed a controlled experimental design to evaluate the efficacy and regenerative potential of human induced pluripotent stem cell-derived neural progenitor cells (hiPSC-NPCs) in treating stroke in immunodeficient Rag2 -/- mice. The researchers hypothesized that intraparenchymal transplantation of NPCs seven days post-stroke would facilitate tissue repair and enhance motor function recovery. Mice were divided into three groups: one receiving NPC transplantation post-photothrombotic stroke, a second undergoing sham transplantation post-stroke, and a third serving as a negative control with sham surgery and transplantation.
To validate stroke induction, Laser-Doppler Imaging (LDI) was conducted shortly after stroke onset and prior to perfusion at 43 days post-injury. Motor function recovery was assessed over five weeks using behavioral tests, including the rotarod test and horizontal ladder and runway walks, with video analysis performed using DeepLabCut v2.1.5 to generate 3D locomotor profiles. Bioluminescence imaging (BLI) tracked the survival and migration of transplanted NPCs at multiple time points. Histological analyses post-sacrifice characterized grafted cells and evaluated relevant cell marker expression, alongside assessments of stroke and graft sizes. The study included both sexes, with no significant sex-related differences detected in the outcomes.
Results
The results of the study demonstrate that transplantation of human induced pluripotent stem cell-derived neural progenitor cells (hiPSC-NPCs) seven days post-stroke leads to long-term graft survival. The NPCs were differentiated under transgene- and xeno-free conditions, ensuring compatibility with good manufacturing practices for clinical applications. Characterization confirmed the presence of neural progenitor markers such as Nestin and Pax6, while pluripotent markers like Nanog were absent. Following transplantation, cerebral blood flow was significantly reduced in both the NPC and vehicle groups, with no significant differences between them. Five weeks post-stroke, a non-significant decrease in lesion volume was observed in the NPC group compared to the vehicle group (NPC: 2.24 mm³; vehicle: 3.66 mm³, p = 0.09).
Transplanted NPCs exhibited sustained survival, as evidenced by luciferase bioluminescence imaging, which showed a significant increase in signal from days 21 to 35 post-implantation (p < 0.05). Confocal microscopy revealed that NPCs migrated within the brain, with the highest density observed at the graft center and a notable distribution in the periphery. The graft center measured 0.32 mm², while the periphery extended to 0.8 mm², indicating that NPCs are capable of surviving and migrating towards adjacent cortical regions after implantation. Overall, these findings support the potential of NPCs for therapeutic applications in stroke recovery.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the effects of neural progenitor cell (NPC) transplantation on microglial response, neurogenesis, vascular density, and motor function recovery following stroke. The study found that NPC therapy significantly reduced microglial activation, as evidenced by a 32% decrease in Iba1 immunoreactivity in the stroke core compared to the vehicle group. Additionally, NPC-treated mice exhibited increased microglial branching and ramification indices, indicating a more complex microglial morphology, while no significant differences were observed in glial scar formation or apoptosis between treatment groups.
Furthermore, NPC transplantation was associated with enhanced axonal regeneration and neurogenesis, particularly in the subventricular zone, where a significant increase in EdU+/NeuN+ double-positive neurons was observed. Vascular analysis revealed that NPC-treated animals had increased vascular density and reduced vessel leakage in the ischemic border zone, suggesting improved vascular repair. Behaviorally, NPC transplantation led to better motor function recovery, as demonstrated by improved performance in rotarod and gait analysis tests. Overall, the findings indicate that NPC therapy promotes neuroprotection, neurogenesis, and functional recovery post-stroke, although the underlying mechanisms may not directly correlate with neuromuscular junction integrity.