Efecto del implante de polipirrol/iodo sintetizado por plasma, combinado con rehabilitación física, sobre la recuperación de la función motora y la regeneración y plasticidad nerviosa en un modelo de lesión traumática de la médula espinal en ratas Public Deposited
Traumatic spinal cord injury (TSCI) can cause paralysis and permanent disability. Although its beneficial effect is limited, to date rehabilitation (RB) is the only accepted treatment in the clinic. Our research group previously demonstrated that plasma-synthesized polypyrrole/iodine (PPy/I) promotes recovery of motor function after TSCI, so in the present project we evaluated the effect of plasma-synthesized PPy/I applied in combination with a mixed RB scheme on functional recovery and the mechanisms involved in it. Adult Long-Evans rats that underwent moderate contusion TSCI using the NYU impactor were divided into 4 groups: no treatment (control); with biopolymer (PPy/I); with mixed RB scheme using swimming and enriched environment (SW/EE); and with the combined treatment (PPy/I+SW/EE). Eight weeks after TSCI, the general health of animals receiving any of the treatments was better compared to animals in the control group. Motor recovery assessed with the Louisville swimming scale (LSS) and the Basso-Beattie-Bresnahan open field scale (BBB), was better and achieved in less time with the combined PPy/I+SW/EE treatment. Spinal cord tissue was better preserved in animals given PPy/I and PPy/I+SW/EE, reduced neuronal and oligodendrocyte loss in the tissue surrounding the epicenter of injury. In the three groups that received any of the treatments, the presence of newly formed blood vessels was also observed, which did not occur in the control group. Gene expression analysis in the PPy/I and PPy/I+SW/EE treated groups showed that these treatments can modify genes involved in biological processes related to cell cycle, proliferation, axonal growth, regeneration and plasticity. The latter two processes correlated with the immunohistochemical identification of proteins such as βIII-tubulin (related to nerve plasticity) and GAP-43 (involved in nerve regeneration), which were significantly expressed in the spinal cord of all three treatment groups. Moreover, SW/EE- and PPy/I+SW/EE-treated animals exhibited βIII-tubulin-positive fibers that crossed the injury site and colocalized with GAP-43. In contrast, MBP (associated with the myelination process), showed discrete expression at the lesion epicenter but without colocalizing with βIII-tubulin, while GFAP expression (protein expressed by reactive astrocytes that form the glial scar), decreased in all 3 treated groups. The use of a mixed rehabilitation scheme (SW/EE) in combination with the application of plasma-synthesized PPy/I biopolymer decreases glial scar formation, favors nerve regeneration and plasticity processes and functional recovery, so it could represent a therapeutic alternative for TSCI.
La lesión traumática de la médula espinal (LTME) puede causar parálisis y discapacidad permanente. Aunque su efecto benéfico es limitado, a la fecha la rehabilitación (RB) es el único tratamiento aceptado en la clínica. Nuestro grupo de investigación demostró previamente que el polipirrol/yodo (PPy/I) sintetizado por plasma promueve la recuperación de la función motora después de una LTME, por lo que en el presente proyecto se evaluó el efecto del PPy/I sintetizado por plasma aplicado en combinación con un esquema mixto de RB sobre la recuperación funcional y los mecanismos involucrados en ello. Se utilizaron ratas Long-Evans adultas a las que se les produjo una LTME por contusión moderada utilizando el impactador NYU y se dividieron en 4 grupos: sin tratamiento (control); con biopolímero (PPy/I); con esquema mixto de RB mediante natación y ambiente enriquecido (SW/EE); y con el tratamiento combinado (PPy/I+SW/EE). Ocho semanas después de la LTME, la salud general de los animales que recibieron cualquiera de los tratamientos fue mejor comparada con los animales del grupo control. La recuperación motora evaluada con la escala de nado Louisville (LSS) y la de campo abierto de Basso-Beattie-Bresnahan (BBB), fue mejor y se logró en menos tiempo con el tratamiento combinado PPy/I+SW/EE. El tejido medular se preservó mejor en los animales a los que se les administró PPy/I y PPy/I+SW/EE, redujeron la pérdida neuronal y de oligodendrocitos en el tejido circundante al epicentro de la lesión. En los tres grupos que recibieron alguno de los tratamientos, también se observó la presencia de vasos sanguíneos de nueva formación, lo cual no ocurrió en el grupo control. El análisis de la expresión génica en los grupos tratados con PPy/I y PPy/I+SW/EE mostró que estos tratamientos pueden modificar genes que participan en procesos biológicos relacionados con el ciclo celular, proliferación, crecimiento axonal, regeneración y plasticidad. Estos dos últimos procesos se correlacionaron con la identificación inmunohistoquímica de proteínas como βIII-tubulina (relacionada con la plasticidad nerviosa) y GAP-43 (involucrada en la regeneración nerviosa), que fueron expresadas de forma significativa en la médula espinal de los tres grupos con tratamiento. Más aún, los animales tratados con SW/EE y PPy/I+SW/EE exhibieron fibras positivas a βIII-tubulina que cruzaron el sitio de lesión y colocalizaron con GAP-43. En contraste, la MBP (asociada con el proceso de mielinización), mostró una discreta expresión en el epicentro de la lesión pero sin colocalizar con la βIII-tubulina, mientras que la expresión de GFAP (proteína expresada por los astrocitos reactivos que forman la cicatriz glial), isminuyó en los 3 grupos tratados. El uso de un esquema de rehabilitación mixta (SW/EE) en combinación con la aplicación del biopolímero PPy/I sintetizado por plasma, disminuye la formación de la cicatriz glial, favorece los procesos de regeneración y plasticidad nerviosa y la recuperación funcional, por lo que podría representar una alternativa terapéutica para la LTME.
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