Modelo de impacto cortical controlado da lesão cerebral do rato com transplantação terapêutica de células neurais pluripotentes induzidas humanas da pilha de haste

A lesão cerebral traumática (TCE) é um termo geral para a lesão adquirida no cérebro devido a forças mecânicas indiretas (aceleração/desaceleração rotacional ou contra-golpe) de golpes na cabeça ou dano direto de objetos ou ondas de explosão. Estima-se que a TBI seja a causa de aproximadamente 9% das mortes mundiais e observada em uma estimativa de 50 milhões casos por ano^1,2. Um relatório 2017 dos centros de controle e prevenção de doenças estimou que, em 2013, houve um total de 2,8 milhões visitas hospitalares e óbitos por TBI nos Estados Unidos³. Muitos TBIs mais leves não são relatados todos os anos. TBI grave pode levar ao comprometimento vitalício da cognição, função motora e qualidade de vida geral. As conseqüências da TBI leve, especialmente TBI repetitiva relacionada ao esporte, foram apenas recentemente apreciadas por seus efeitos insidiosos de saúde^4,5.

A modelagem pré-clínica é um componente vital do desenvolvimento de novas percepções mecanísticas e da terapia restauradora potencial para a TBI. O modelo controlado do impacto cortical (CCI) de TBI é um modelo da abrir-cabeça de ferimento mecânico da contusão ao córtice. Os parâmetros de impacto podem ser modificados para produzir lesões CCI que variam de leve a grave⁶. Os ferimentos do CCI são focais um pouco do que difuso, como visto com outros modelos de cabeça fechados de TBI. CCI pode ser realizado para induzir uma lesão unilateral, de tal forma que o córtex contralateral pode servir como um comparador interno. Este protocolo demonstra as características de um CCI suave a uma parcela do córtice que abrange as regiões somatosensory e motoras preliminares. Esta área cortical foi escolhida para sua participação em comportamentos sensorimotor para que os testes de comportamento numerosos podem detectar deficits ferimento-induzidos⁷. As melhorias comportamentais devido às intervenções terapêuticas para o TBI podem ser detectadas, também.

Uma característica da TBI é a disfunção neural generalizada na região lesada. Neurônios feridos sofrem morte celular, e a conectividade de rede neuronal é interrompida^8,9. O TBI interrompe o recrutamento de células-tronco endógenas, o que leva a mais déficits de comportamento downstream^10,11.  A transplantação de pilhas de haste neural e de pilhas de pilha-derivadas da haste foi explorada como uma possibilidade restaurar a função no cérebro ferido. Além do potencial para restaurar os circuitos neurais danificados, as células transplantadas exercem efeitos paracrinos que promovem a sobrevida neuronal e a recuperação funcional do TBI¹². Uma variedade de tipos de células foram transplantadas pré-clinicamente para avaliar seu potencial restaurador em modelos de distúrbios neurológicos^13,14,15. A recente popularização da tecnologia de células-tronco pluripotentes induzidas¹⁶ facilitou o desenvolvimento de inúmeras linhagens de células-tronco humanas para uso experimental. O teste pré-clínico com células derivadas de hiPSC é um primeiro passo importante para caracterizar a potencial eficácia terapêutica de uma determinada linha celular contra doenças humanas. Este laboratório desenvolveu protocolos para diferenciar hipscs aos fenótipos neural¹⁷ na perseguição de pilhas transplantáveis para ajudar à recuperação do ferimento de cérebro traumático.

As experiências neste protocolo usam um CCI unilateral para induzir o TBI ao córtice somatosensory e do motor esquerdo de ratos adultos. Uma lesão leve do CCI conduz a um deficit funcional sustentado no forepaw direito que é usado para controlar os efeitos do Engraftment hiPSC-derivado da pilha neural na recuperação funcional. O teste sensorimotor do forepaw neste protocolo foi adaptado da metodologia estabelecida por Bouet e por colegas¹⁸ e demonstrado previamente por Fleming e por colegas¹⁹.  Este protocolo esboça um fluxo de trabalho completo para executar uma lesão cerebral experimental, transplantação terapêutica de pilhas dos quadris, e análise comportamental e histologic de medidas experimentais do resultado.