Electrically stimulated neural stem cells encapsulated in gellan gum hydrogel for spinal cord injury repair

Abstract

As lesões da medula espinal podem ter um impacto dramático na vida de um individuo, resultando em incapacidades motoras, sensoriais, psicológicas e sociais. A patofisiologia das lesões da medula espinal é extremamente complexa com vários eventos moleculares e celulares a ocorrerem após a lesão e contribuindo para o desenvolvimento de um microambiente inibitório à regeneração tecidular, o que dificulta o desenvolvimento de terapias eficazes. Neste contexto, terapias que combinam diferentes estratégias têm a vantagem de moderar diferentes eventos críticos após este tipo de lesões. Vários tipos de células têm sido transplantadas de forma a substituir o tecido perdido após lesão. As células mais promissoras são as Células Estaminais Neuronais induzidas (iNSCs), pois permitem transplantes autologos e têm a capacidade de se diferenciarem em neurónios, astrócitos e oligodendrócitos. Para promover a sobrevivência das células transplantadas, biomateriais têm sido utilizados para funcionar como uma matriz extracelular artificial. Adicionalmente, a modulação do ambiente inibitório e por consequente o sucesso do transplante pode ser melhorado através da suplementação com secretoma de células mesenquimais estaminais (MSCs). Por fim, a estimulação eléctrica epidural tem-se revelado como uma terapia muito promissora em pessoas com lesões medulares. Neste projecto propõem-se uma terapia mais holística, que tem em conta vários eventos patofisiológicos da lesão ao invés do foco em apenas um. Desta forma, pretende-se alcançar uma terapia eficaz que combina, simultaneamente, células estaminais, biomaterias, secretoma e estimulação epidural.

Spinal Cord Injuries (SCI) can have a devastating impact on an individual’s life, leadind to motor, sensory, psychological and social impairments. The SCI pathophysiology associated is extremely complex, with numerous molecular and cellular events occurring after the initial trauma and that lead to the development of an inhibitory microenvironment in the injury site, which impairs the development of new therapies. Therefore, therapies that combine different strategies have been on the rise for focusing on different critical events. For instance, several types of cells have been implanted in order to replace lost tissue after these types of lesions. Induced Neural Stem Cells (iNSCs) have been the most promising for autologous transplant and differentiation in neurons, astrocytes and oligodendrocytes. To promote the survival of transplanted cells, biomaterials have been implemented to act as an artificial extracelullar matrix. Additionally, some pathological events and, as a consequence, the success of the transplanted cells, can be enhanced using the secretome of mesenchymal stem cells (MSCs). At last, epidural electrical stimulation has revealed to be a promising therapy for SCI, enabling physical rehabilitation and promoting neural plasticity. Therefore, this project aims to combine all this approaches in order to target several pathophysiolgical events of the spinal cord injury, instead of just one. As a result, we perform in vitro studies on the combination of stem cells, biomaterials, secretome and epidural electrical stimulation in order to obtain an effective therapy.