Ziele der hier vorliegenden Arbeit waren eine immunhistochemische Analyse von GFAP (‚glial fibrillary acidic protein’) und GLUT-1 (Glukosetransporter-1) nach fokaler zerebraler Ischämie sowie deren mögliche Beeinflussung durch eine intravenöse Transplantation autologer mononukleärer Knochenmarkzellen (mKMZ) im Schafmodell. Eine differenzierte Analyse der Zielstrukturen in grauer und weißer Substanz (GS bzw. WS) sollte Aufschluss über eventuell unterschiedliche Reaktionsmuster liefern. Das Gehirnmaterial von zehn Tieren der bereits 2006/2007 stattgefundenen Studie, welche mit PET und MRT-Untersuchungen sowie der Durchführung von Verhaltenstests einherging, wurde retrospektiv im Rahmen der vorliegenden Arbeit untersucht. Je fünf gehörten zu einer Kontroll- bzw. Therapiegruppe (KG bzw. TG). Bei allen Versuchstieren wurde durch die permanente Okklusion der linken mittleren Zerebralarterie (pMCAO) eine fokale zerebrale Ischämie im Bereich des Neokortex hervorgerufen. Die Tiere der Therapiegruppe erhielten 24 Stunden nach dem Eingriff eine Transplantation autologer mKMZ (4x106/kg KGew). Nach sieben Wochen wurden die Versuchstiere getötet, ihre Schädel perfundiert und ihre Gehirne fixiert. Eine Lamelle der Gehirne wurde für die anschließende histologische Untersuchung in 30% Saccharose konserviert. Nach der Etablierung der Antikörper GFAP und GLUT-1 wurden vier Regionen der Gehirn-lamellen immunhistochemisch markiert und abschließend qualitativ und quantitativ analysiert. Die Regionen I (infarktnah) und III (infarktfern) lagen in der ipsilateralen Hemisphäre, die Regionen II (korrespondierend zu Region I) und IV (korrespondierend zu Region III) in der kontralateralen Hemisphäre. Durch den höheren Substanzverlust an Gehirnmasse in der ipsi-lateralen Hemisphäre der KG, wurden in dieser Tiergruppe die Regionen III und IV nicht ausgewertet. Vor der Analyse sind die physiologischen Markierungsmuster der vier Regionen in grauer und weißer Substanz an zwei gesunden Tieren (Prozesskontrolle) aufgezeigt worden. Durch die elektronenmikroskopische Untersuchung von Präparaten und anhand von GFAP/GLUT-1 doppelmarkierten Präparaten konnte festgestellt werden, dass die Astrozytenendfüßchen durch den hier verwendeten GLUT-1 Antikörper nicht markiert wur-den, sondern dass alleinig die gefäßständige, 55 kDa schwere Isoform detektiert worden ist. Die fokale zerebrale Ischämie führte in beiden Gruppen zu einer hochgradigen reaktiven Astrogliose mit Ausprägung einer Glianarbe in Region I. Protoplasmatische Astrozyten der grauen und fibrilläre Astrozyten der weißen Substanz zeigten hypertrophe Veränderungen. Die reaktive Astrogliose von Region I spiegelte sich in einer erhöhten GFAP-Dichte wider (p<0,05 in der Therapiegruppe). Region III hatte die gleiche GFAP-Dichte wie die Regionen II und IV. Der direkte Vergleich zwischen den Regionen I der beiden Gruppen zeigte Veränderungen der GFAP-Dichte durch die Zelltherapie auf: In der GS der Therapiegruppe lag eine geringere GFAP-Dichte vor, in der WS eine höhere (≠ p<0,05; GS und WS). Die Ergebnisse der GLUT-1-Analyse sind denen der GFAP-Analyse sehr ähnlich. Durch den Schlaganfall ist es zu einer erhöhten GLUT-1-Expression in GS und WS (p<0,05 WS) von Region I der Kontrollgruppe gekommen. Auch in Region I der Therapiegruppe konnten er-höhte GLUT-1-Dichten in GS und WS (p<0,05 WS) detektiert werden, zusätzlich dazu lag in der GS von Region III der Therapiegruppe eine erhöhte GLUT-1-Dichte vor (p<0,05). Der Vergleich zwischen beiden Gruppen zeigte Veränderungen durch die Therapie für die Regio-nen I und II auf. Die GLUT-1-Dichte der WS war in beiden Regionen in der TG erhöht (p<0,05), die GS von Region I zeigte in der Therapiegruppe eine geringere GLUT-1-Dichte. Ein Schlaganfall führt zu einer Erhöhung der GFAP sowie GLUT-1-Dichten in WS und GS im infarktnahen Gebiet. Durch die Transplantation von 4x106 autologen mononukleären Knochenmarkzellen pro kg KGew 24 Stunden nach dem Schlaganfall können diese Strukturen in ihren Expressionsmustern beeinflusst werden, dabei reagieren graue und weiße Substanz unterschiedlich: Die GS mit einer Verringerung, die WS mit einer Erhöhung der GFAP- bzw. GLUT-1-Dichte (p<0,05 WS, GLUT-1). Die Funktionskreisläufe in infarktfernen Regionen sind sieben Wochen nach dem Schlaganfall auf Astrozytenebene normalisiert (vgl. Region III). Die erhöhte GLUT-1-Dichte (p<0,05) in der GS der infarktfernen Region ist möglicherweise mit einem erhöhten Glukosemetabolismus in Verbindung zu setzen. Dies kann jedoch erst durch die Auswertung der FDG-PET-Daten beantwortet werden. Ob die durch Transplantation autologer mKMZ festgestellten Veränderungen der GFAP- und GLUT-1-Dichte in der Therapiegruppe zusätzlich mit einer verbesserten motorischen Leistung der Tiere einhergingen, wird erst durch die Analyse der Daten aus den Verhaltenstests festgestellt werden können.

Mild traumatic brain injury (mTBI), often referred to as concussion, has become increasingly recognized as a serious health issue in the general population. The prevalence of mTBI in athletes, particularly repeated injuries in young athletes, is of great concern as injuries to the developing brain can have long-term detrimental effects. In this study we used a novel awake closed-head injury (ACHI) model in rodents to examine repeated mTBI (rmTBI), to determine if repeated injuries produced the neurological and molecular changes evident with human concussion. Animals were administered 4, 8, and 16 rmTBIs and acute neurological assessments were performed after the injuries. Changes in glial fibrillary acidic protein (GFAP) and ionized calcium-binding adapter molecule 1 (Iba-1) levels were assessed using Western blot analysis at one day following rmTBI in the ipsilateral dentate gyrus (DG) and the cornu ammonis (CA) regions of the hippocampus and the cortex (CX) indicative of astrocyte and microglial cell reactivity. Results indicated that the ACHI model produces neurological deficits immediately after the injuries, with the most deficits arising in the rmTBI16 group. Despite deficits in all injury groups, histological staining with cresyl violet revealed no significant morphological tissue damage to the brain. Western blot analysis, however, showed a significant increase in DG and CX GFAP expression in the rmTBI16 group with no changes in Iba-1 levels. This suggests an acute activation of astrocytes in response to injury, with a delay or absence of microglial activation. Our findings show that with repetitive concussions, we are able to detect acute neurological and molecular changes in the juvenile female brain. However, further investigation is necessary to determine if these are transient changes. / Graduate

Ziele der hier vorliegenden Arbeit waren eine immunhistochemische Analyse von GFAP (‚glial fibrillary acidic protein’) und GLUT-1 (Glukosetransporter-1) nach fokaler zerebraler Ischämie sowie deren mögliche Beeinflussung durch eine intravenöse Transplantation autologer mononukleärer Knochenmarkzellen (mKMZ) im Schafmodell. Eine differenzierte Analyse der Zielstrukturen in grauer und weißer Substanz (GS bzw. WS) sollte Aufschluss über eventuell unterschiedliche Reaktionsmuster liefern. Das Gehirnmaterial von zehn Tieren der bereits 2006/2007 stattgefundenen Studie, welche mit PET und MRT-Untersuchungen sowie der Durchführung von Verhaltenstests einherging, wurde retrospektiv im Rahmen der vorliegenden Arbeit untersucht. Je fünf gehörten zu einer Kontroll- bzw. Therapiegruppe (KG bzw. TG). Bei allen Versuchstieren wurde durch die permanente Okklusion der linken mittleren Zerebralarterie (pMCAO) eine fokale zerebrale Ischämie im Bereich des Neokortex hervorgerufen. Die Tiere der Therapiegruppe erhielten 24 Stunden nach dem Eingriff eine Transplantation autologer mKMZ (4x106/kg KGew). Nach sieben Wochen wurden die Versuchstiere getötet, ihre Schädel perfundiert und ihre Gehirne fixiert. Eine Lamelle der Gehirne wurde für die anschließende histologische Untersuchung in 30% Saccharose konserviert. Nach der Etablierung der Antikörper GFAP und GLUT-1 wurden vier Regionen der Gehirn-lamellen immunhistochemisch markiert und abschließend qualitativ und quantitativ analysiert. Die Regionen I (infarktnah) und III (infarktfern) lagen in der ipsilateralen Hemisphäre, die Regionen II (korrespondierend zu Region I) und IV (korrespondierend zu Region III) in der kontralateralen Hemisphäre. Durch den höheren Substanzverlust an Gehirnmasse in der ipsi-lateralen Hemisphäre der KG, wurden in dieser Tiergruppe die Regionen III und IV nicht ausgewertet. Vor der Analyse sind die physiologischen Markierungsmuster der vier Regionen in grauer und weißer Substanz an zwei gesunden Tieren (Prozesskontrolle) aufgezeigt worden. Durch die elektronenmikroskopische Untersuchung von Präparaten und anhand von GFAP/GLUT-1 doppelmarkierten Präparaten konnte festgestellt werden, dass die Astrozytenendfüßchen durch den hier verwendeten GLUT-1 Antikörper nicht markiert wur-den, sondern dass alleinig die gefäßständige, 55 kDa schwere Isoform detektiert worden ist. Die fokale zerebrale Ischämie führte in beiden Gruppen zu einer hochgradigen reaktiven Astrogliose mit Ausprägung einer Glianarbe in Region I. Protoplasmatische Astrozyten der grauen und fibrilläre Astrozyten der weißen Substanz zeigten hypertrophe Veränderungen. Die reaktive Astrogliose von Region I spiegelte sich in einer erhöhten GFAP-Dichte wider (p<0,05 in der Therapiegruppe). Region III hatte die gleiche GFAP-Dichte wie die Regionen II und IV. Der direkte Vergleich zwischen den Regionen I der beiden Gruppen zeigte Veränderungen der GFAP-Dichte durch die Zelltherapie auf: In der GS der Therapiegruppe lag eine geringere GFAP-Dichte vor, in der WS eine höhere (≠ p<0,05; GS und WS). Die Ergebnisse der GLUT-1-Analyse sind denen der GFAP-Analyse sehr ähnlich. Durch den Schlaganfall ist es zu einer erhöhten GLUT-1-Expression in GS und WS (p<0,05 WS) von Region I der Kontrollgruppe gekommen. Auch in Region I der Therapiegruppe konnten er-höhte GLUT-1-Dichten in GS und WS (p<0,05 WS) detektiert werden, zusätzlich dazu lag in der GS von Region III der Therapiegruppe eine erhöhte GLUT-1-Dichte vor (p<0,05). Der Vergleich zwischen beiden Gruppen zeigte Veränderungen durch die Therapie für die Regio-nen I und II auf. Die GLUT-1-Dichte der WS war in beiden Regionen in der TG erhöht (p<0,05), die GS von Region I zeigte in der Therapiegruppe eine geringere GLUT-1-Dichte. Ein Schlaganfall führt zu einer Erhöhung der GFAP sowie GLUT-1-Dichten in WS und GS im infarktnahen Gebiet. Durch die Transplantation von 4x106 autologen mononukleären Knochenmarkzellen pro kg KGew 24 Stunden nach dem Schlaganfall können diese Strukturen in ihren Expressionsmustern beeinflusst werden, dabei reagieren graue und weiße Substanz unterschiedlich: Die GS mit einer Verringerung, die WS mit einer Erhöhung der GFAP- bzw. GLUT-1-Dichte (p<0,05 WS, GLUT-1). Die Funktionskreisläufe in infarktfernen Regionen sind sieben Wochen nach dem Schlaganfall auf Astrozytenebene normalisiert (vgl. Region III). Die erhöhte GLUT-1-Dichte (p<0,05) in der GS der infarktfernen Region ist möglicherweise mit einem erhöhten Glukosemetabolismus in Verbindung zu setzen. Dies kann jedoch erst durch die Auswertung der FDG-PET-Daten beantwortet werden. Ob die durch Transplantation autologer mKMZ festgestellten Veränderungen der GFAP- und GLUT-1-Dichte in der Therapiegruppe zusätzlich mit einer verbesserten motorischen Leistung der Tiere einhergingen, wird erst durch die Analyse der Daten aus den Verhaltenstests festgestellt werden können.

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A lesão medular (LM) é uma patologia incapacitante que resulta em déficits sensoriais e motores. No Brasil, a incidência anual é de 30 novos casos de lesão medular a cada 1 milhão de indivíduos e, infelizmente, a LM permanece sem um tratamento eficaz. Células-tronco derivadas do dente decíduo humano estão entre as potenciais fontes de células-tronco para transplante após a lesão medular, cujo objetivo é de promover a proteção ou a recuperação da lesão na medula espinal. Buscou-se nesta tese avaliar os efeitos do transplante, uma hora após a lesão, das células tronco de dente decíduo humano (SHED) no período agudo, subagudo e crônico sobre a neuroproteção, proteção tecidual e recuperação funcional em ratos Wistar submetidos à lesão medular por contusão. Os principais objetivos foram: a) investigar os efeitos do transplante das SHED sobre a recuperação funcional, volume da lesão e morte neuronal; b) verificar os efeitos do transplante sobre as células progenitoras, formação da cicatriz glial e modificações astrocitárias após o modelo de contusão medular Observou-se a melhora na recuperação funcional, redução do volume da lesão e morte neuronal na medula espinal dos animais que receberam o transplante de SHED após a lesão medular. As SHED aumentam o número de células precursoras na medula espinal, no período subagudo, reduzem a expressão da proteína fibrilar glial ácida (GFAP) e aumentam a expressão do canal retificador de influxo de potássio 4.1, ambas proteínas astrocitárias. Concluímos que o transplante de células-tronco derivadas do dente decíduo humano após a lesão medular promove a recuperação funcional a partir do efeito neuroprotetor iniciado na fase aguda, confirmado pelo maior número de neurônios motores presentes seis semanas após a contusão. As SHED são capazes de aumentar o número de células precursoras e de produzir modificações astrocitárias na medula espinal de ratos lesados na fase subaguda, reduzindo a formação da cicatriz glial. / Spinal cord injury (SCI) is a disabling condition that results in sensory and motor deficits. The estimated annual incidence in Brazil is of 30 new cases of spinal cord injury per 1 million of individuals; unfortunately SCI remains without an effective treatment. Stem cells from human exfoliated deciduous teeth (SHED) are one among potential sources of stem cells for transplantation after spinal cord injury in order to promote protection or tissue and functional recovery after spinal cord injury. The aim of this Thesis was to evaluate the effects of stem cells from human exfoliated deciduous teeth (SHED) transplantation, one hour after lesion, in the acute, subacute and chronic phases on neuroprotection, tissue protection and functional recovery in Wistar rats submitted to spinal cord injury by contusion The main goals were: a) to investigate the effects of SHED transplantation on functional recovery, lesion volume, and neuronal death; b) to verify the effects of the transplantation on the progenitor cells number, glial scar formation and astrocytic modifications after spinal cord contusion. Improvement of functional recovery, reduction of lesion volume and neuronal death were observed in the spinal cord of animals submitted to spinal cord injury and SHED transplantation. SHEDs increased the number of precursor cells in the spinal cord in the subacute period, reduced the expression of glial fibrillary acidic protein (GFAP) and increased the expression of the potassium influx rectifier channel 4.1, both astrocyte proteins. We conclude that transplantation of stem cells from human exfoliated deciduous teeth after spinal cord injury promotes functional recovery from the neuroprotection effect, which starts in the acute phase and is confirmed six weeks after the contusion with a higher number of motor neurons in the ventral horn of spinal cord. SHEDs are able to increase the number of precursor cells and produce astrocyte modifications in the spinal cord of injured rats in the subacute phase, reducing glial scar formation.

A lesão medular (LM) é uma patologia incapacitante que resulta em déficits sensoriais e motores. No Brasil, a incidência anual é de 30 novos casos de lesão medular a cada 1 milhão de indivíduos e, infelizmente, a LM permanece sem um tratamento eficaz. Células-tronco derivadas do dente decíduo humano estão entre as potenciais fontes de células-tronco para transplante após a lesão medular, cujo objetivo é de promover a proteção ou a recuperação da lesão na medula espinal. Buscou-se nesta tese avaliar os efeitos do transplante, uma hora após a lesão, das células tronco de dente decíduo humano (SHED) no período agudo, subagudo e crônico sobre a neuroproteção, proteção tecidual e recuperação funcional em ratos Wistar submetidos à lesão medular por contusão. Os principais objetivos foram: a) investigar os efeitos do transplante das SHED sobre a recuperação funcional, volume da lesão e morte neuronal; b) verificar os efeitos do transplante sobre as células progenitoras, formação da cicatriz glial e modificações astrocitárias após o modelo de contusão medular Observou-se a melhora na recuperação funcional, redução do volume da lesão e morte neuronal na medula espinal dos animais que receberam o transplante de SHED após a lesão medular. As SHED aumentam o número de células precursoras na medula espinal, no período subagudo, reduzem a expressão da proteína fibrilar glial ácida (GFAP) e aumentam a expressão do canal retificador de influxo de potássio 4.1, ambas proteínas astrocitárias. Concluímos que o transplante de células-tronco derivadas do dente decíduo humano após a lesão medular promove a recuperação funcional a partir do efeito neuroprotetor iniciado na fase aguda, confirmado pelo maior número de neurônios motores presentes seis semanas após a contusão. As SHED são capazes de aumentar o número de células precursoras e de produzir modificações astrocitárias na medula espinal de ratos lesados na fase subaguda, reduzindo a formação da cicatriz glial. / Spinal cord injury (SCI) is a disabling condition that results in sensory and motor deficits. The estimated annual incidence in Brazil is of 30 new cases of spinal cord injury per 1 million of individuals; unfortunately SCI remains without an effective treatment. Stem cells from human exfoliated deciduous teeth (SHED) are one among potential sources of stem cells for transplantation after spinal cord injury in order to promote protection or tissue and functional recovery after spinal cord injury. The aim of this Thesis was to evaluate the effects of stem cells from human exfoliated deciduous teeth (SHED) transplantation, one hour after lesion, in the acute, subacute and chronic phases on neuroprotection, tissue protection and functional recovery in Wistar rats submitted to spinal cord injury by contusion The main goals were: a) to investigate the effects of SHED transplantation on functional recovery, lesion volume, and neuronal death; b) to verify the effects of the transplantation on the progenitor cells number, glial scar formation and astrocytic modifications after spinal cord contusion. Improvement of functional recovery, reduction of lesion volume and neuronal death were observed in the spinal cord of animals submitted to spinal cord injury and SHED transplantation. SHEDs increased the number of precursor cells in the spinal cord in the subacute period, reduced the expression of glial fibrillary acidic protein (GFAP) and increased the expression of the potassium influx rectifier channel 4.1, both astrocyte proteins. We conclude that transplantation of stem cells from human exfoliated deciduous teeth after spinal cord injury promotes functional recovery from the neuroprotection effect, which starts in the acute phase and is confirmed six weeks after the contusion with a higher number of motor neurons in the ventral horn of spinal cord. SHEDs are able to increase the number of precursor cells and produce astrocyte modifications in the spinal cord of injured rats in the subacute phase, reducing glial scar formation.

A lesão medular (LM) é uma patologia incapacitante que resulta em déficits sensoriais e motores. No Brasil, a incidência anual é de 30 novos casos de lesão medular a cada 1 milhão de indivíduos e, infelizmente, a LM permanece sem um tratamento eficaz. Células-tronco derivadas do dente decíduo humano estão entre as potenciais fontes de células-tronco para transplante após a lesão medular, cujo objetivo é de promover a proteção ou a recuperação da lesão na medula espinal. Buscou-se nesta tese avaliar os efeitos do transplante, uma hora após a lesão, das células tronco de dente decíduo humano (SHED) no período agudo, subagudo e crônico sobre a neuroproteção, proteção tecidual e recuperação funcional em ratos Wistar submetidos à lesão medular por contusão. Os principais objetivos foram: a) investigar os efeitos do transplante das SHED sobre a recuperação funcional, volume da lesão e morte neuronal; b) verificar os efeitos do transplante sobre as células progenitoras, formação da cicatriz glial e modificações astrocitárias após o modelo de contusão medular Observou-se a melhora na recuperação funcional, redução do volume da lesão e morte neuronal na medula espinal dos animais que receberam o transplante de SHED após a lesão medular. As SHED aumentam o número de células precursoras na medula espinal, no período subagudo, reduzem a expressão da proteína fibrilar glial ácida (GFAP) e aumentam a expressão do canal retificador de influxo de potássio 4.1, ambas proteínas astrocitárias. Concluímos que o transplante de células-tronco derivadas do dente decíduo humano após a lesão medular promove a recuperação funcional a partir do efeito neuroprotetor iniciado na fase aguda, confirmado pelo maior número de neurônios motores presentes seis semanas após a contusão. As SHED são capazes de aumentar o número de células precursoras e de produzir modificações astrocitárias na medula espinal de ratos lesados na fase subaguda, reduzindo a formação da cicatriz glial. / Spinal cord injury (SCI) is a disabling condition that results in sensory and motor deficits. The estimated annual incidence in Brazil is of 30 new cases of spinal cord injury per 1 million of individuals; unfortunately SCI remains without an effective treatment. Stem cells from human exfoliated deciduous teeth (SHED) are one among potential sources of stem cells for transplantation after spinal cord injury in order to promote protection or tissue and functional recovery after spinal cord injury. The aim of this Thesis was to evaluate the effects of stem cells from human exfoliated deciduous teeth (SHED) transplantation, one hour after lesion, in the acute, subacute and chronic phases on neuroprotection, tissue protection and functional recovery in Wistar rats submitted to spinal cord injury by contusion The main goals were: a) to investigate the effects of SHED transplantation on functional recovery, lesion volume, and neuronal death; b) to verify the effects of the transplantation on the progenitor cells number, glial scar formation and astrocytic modifications after spinal cord contusion. Improvement of functional recovery, reduction of lesion volume and neuronal death were observed in the spinal cord of animals submitted to spinal cord injury and SHED transplantation. SHEDs increased the number of precursor cells in the spinal cord in the subacute period, reduced the expression of glial fibrillary acidic protein (GFAP) and increased the expression of the potassium influx rectifier channel 4.1, both astrocyte proteins. We conclude that transplantation of stem cells from human exfoliated deciduous teeth after spinal cord injury promotes functional recovery from the neuroprotection effect, which starts in the acute phase and is confirmed six weeks after the contusion with a higher number of motor neurons in the ventral horn of spinal cord. SHEDs are able to increase the number of precursor cells and produce astrocyte modifications in the spinal cord of injured rats in the subacute phase, reducing glial scar formation.