Черепно-мозговая травма: основные клеточные механизмы и новые подходы к терапии

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Черепно-мозговая травма (ЧМТ) представляет серьезную медицинскую проблему и является одной из ведущих причин инвалидности и смертности среди военнослужащих и гражданского населения. Известно, что ежегодно в мире от ЧМТ погибает порядка 1,5 млн человек, при этом около 2,5–3 млн теряют трудоспособность. В России каждый год ЧМТ диагностируется у 1 млн человек, среди которых каждый пятый становится инвалидом I или II группы. Несмотря на значительные усилия в области исследований эффективные методы лечения ЧМТ до сих пор остаются ограниченными, так как ЧМТ характеризуется широким спектром патологических изменений в тканях головного мозга. Первичное повреждение головного мозга представляет собой острое и необратимое механическое повреждение паренхимы нервной ткани. Последующие процессы вторичного включают в себя эксайтотоксичность, митохондриальную дисфункцию, окислительный стресс, дегенерацию аксонов и нейровоспаление. Эти процессы часто растягиваются во времени и могут занимать от нескольких дней до нескольких лет. Недавние достижения в области клеточной терапии открывают новые перспективы для терапии этого состояния. В данном обзоре рассмотрены основные клеточные механизмы острой и хронической фаз ЧМТ, а также перспективы применения стволовых клеток для терапии данного заболевания. Представлен анализ последних исследований, посвященных применению клеточной терапии при ЧМТ. Рассматриваются различные типы стволовых клеток, такие как нейральные стволовые клетки, мезенхимальные стромальные клетки и другие в контексте их потенциала для восстановления поврежденных тканей мозга. Особое внимание уделяется механизмам действия клеток в процессе регенерации, включая их влияние на воспаление, нейрогенез, и синаптическую пластичность. Рассматривается использование паракринных факторов, выделяемых стволовыми клетками, в качестве потенциального препарата для терапии черепно-мозговых травм. Выводы. Клеточная терапия, а также использование продуктов, секретируемыми клетками, являются новыми и многообещающими способами лечения ЧМТ.

Об авторах

А. К. Судьина

Российский университет дружбы народов; Медико-генетический научный центр им. Н.П. Бочкова

Автор, ответственный за переписку.
Email: sudyina-ak@rudn.ru
ORCID iD: 0000-0003-3531-7684
SPIN-код: 5225-7878
г. Москва, Российская федерация

Л. Р. Гринчевская

Российский университет дружбы народов; Медико-генетический научный центр им. Н.П. Бочкова

Email: sudyina-ak@rudn.ru
ORCID iD: 0009-0008-5850-8460
г. Москва, Российская федерация

Д. В. Гольдштейн

Российский университет дружбы народов; Медико-генетический научный центр им. Н.П. Бочкова

Email: sudyina-ak@rudn.ru
ORCID iD: 0000-0003-2438-1605
SPIN-код: 7714-9099
г. Москва, Российская федерация

Т. Х. Фатхудинов

Российский университет дружбы народов; Медико-генетический научный центр им. Н.П. Бочкова

Email: sudyina-ak@rudn.ru
ORCID iD: 0000-0002-6498-5764
SPIN-код: 7919-8430
г. Москва, Российская федерация

Д. И. Салихова

Российский университет дружбы народов; Медико-генетический научный центр им. Н.П. Бочкова

Email: sudyina-ak@rudn.ru
ORCID iD: 0000-0001-7842-7635
SPIN-код: 1436-5027
г. Москва, Российская федерация

Список литературы

  1. Burton D, Aisen M. Traumatic Brain Injury. Handbook of Secondary Dementials. 2006;26(7): 83-118. doi: 10.1177/0963689717714102
  2. Burda JE, Sofroniew MV. Reactive gliosis and the multicellular response to CNS damage and disease. Neuron. 2014;81(2):229-248. doi: 10.1016/j.neuron.2013.12.034
  3. Humble SS, Wilson LD, Wang L, Long DA, Smith MA, Siktberg JC, Mirhoseini MF, Bhatia A, Pruthi S, Day MA, Muehlschlegel S, Patel MB. Prognosis of diffuse axonal injury with traumatic brain injury. The journal of trauma and acute care surgery. 2018;85(1):155-159. doi: 10.1097/TA.0000000000001852
  4. Sulhan S, Lyon KA, Shapiro LA, Huang JH. Neuroinflammation and blood-brain barrier disruption following traumatic brain injury: Pathophysiology and potential therapeutic targets. Journal of neuroscience research. 2020;98(1):19-28. doi: 10.1002/jnr.24331
  5. Lu J, Goh SJ, Lei Tng YL, Deng YY, Ling EA, Moochhala S. Systemic inflammatory response following acute traumatic brain injury. Frontiers in bioscience (Landmark edition). 2009;14(10):3795-3813. doi: 10.2741/3489
  6. Beschorner R, Nguyen TD, Gözalan F, Pedal I, Mattern R, Schluesener HJ, Meyermann R, Schwab JM. CD14 expression by activated parenchymal microglia/macrophages and infiltrating monocytes following human traumatic brain injury. Acta neuropathologica. 2002;103(6)541-549. doi: 10.1007/s00401-001-0503-7
  7. Xiong Y, Mahmood A, Chopp M. Current understanding of neuroinflammation after traumatic brain injury and cell-based therapeutic opportunities. Chinese journal of traumatology. 2018;21(3):137-151. doi: 10.1016/j.cjtee.2018.02.003
  8. Bergold PJ. Treatment of traumatic brain injury with anti-inflammatory drugs. Experimental neurology. 2016;275(3):367-380. doi: 10.1016/j.expneurol.2015.05.024
  9. Wu H, Zheng J, Shenbin X, Fang Y, Wu Y, Zeng J, Shao A, Shi L, Lu J, Mei S, Wang X, Guo X, Wang Y, Zhao Z, Zhang J. Mer regulates microglial/macrophage M1/M2 polarization and alleviates neuroinflammation following traumatic brain injury. Journal of neuroinflammation. 2021;18(1):1-20. doi: 10.1186/s12974-020-02041-7
  10. Chiu CC, Liao YE, Yang LY, Wang JY, Tweedie D, Karnati HK, Greig NH, Wang JY. Neuroinflammation in animal models of traumatic brain injury. Journal of neuroscience methods. 2016;272:38-49. doi: 10.1016/j.jneumeth.2016.06.018
  11. Brenner M. Role of GFAP in CNS injuries. Neuroscence. Letters. 2014;565:7-13. doi: 10.1016/j.neulet.2014.01.055
  12. Engelmann C, Weih F, Haenold R. Role of nuclear factor kappa B in central nervous system regeneration. Neural regeneration research. 2014;9(7):707-711. doi: 10.4103/1673-5374.131572
  13. Liddelow SA, Guttenplan KA, Clarke LE, Bennett FC, Bohlen CJ, Schirmer L, Bennett ML, Münch AE, Chung WS, Peterson TC, Wilton DK, Frouin A, Napier BA, Panicker N, Kumar M, Buckwalter MS, Rowitch DH, Dawson VL, Dawson TM, Stevens B, Barres BA. Neurotoxic reactive astrocytes are induced by activated microglia. Nature. 2017;541(7638):481-487. doi: 10.1038/nature21029
  14. Rhodes J. Peripheral immune cells in the pathology of traumatic brain injury? Current opinion in critical care. 2011;17(2):122-130. doi: 10.1097/MCC.0b013e3283447948
  15. Weston NM, Sun D. The Potential of Stem Cells in Treatment of Traumatic Brain Injury. Current neurology and neuroscience reports. 2018;18(1):1. doi: 10.1007/s11910-018-0812-z
  16. Li X, Sundström. Stem Cell Therapies for Central Nervous System Trauma: The 4 Ws-­What, When, Where, and Why. Stem cells translational medicine. 2022;11(1):14-25. doi: 10.1093/stcltm/szab006
  17. Bonilla C, Zurita M. Cell-based therapies for traumatic brain injury: Therapeutic treatments and clinical trials. Biomedicines. 2021;9(6)1-34. doi: 10.3390/biomedicines9060669
  18. Pang AL, Xiong LL, Xia QJ, Liu F, Wang YC, Liu F, Zhang P, Meng BL, Tan S, Wang TH. Neural stem cell transplantation is associated with inhibition of apoptosis, Bcl-xL upregulation, and recovery of neurological function in a rat model of traumatic brain injury. Cell transplantation. 2017;26(7):1262-1275. doi: 10.1177/0963689717715168
  19. Hentze H, Graichen R, Colman A. Cell therapy and the safety of embryonic stem cell-derived grafts. Trends in biotechnology. 2007;25(1):24-32. doi: 10.1016/j.tibtech.2006.10.010
  20. Narouiepour A, Ebrahimzadeh-­Bideskan A, Rajabzadeh G, Gorji A, Negah SS. Neural stem cell therapy in conjunction with curcumin loaded in niosomal nanoparticles enhanced recovery from traumatic brain injury. Scietific reports. 2022;12(1):1-13. doi: 10.1038/s41598-022-07367-1
  21. Haus DL, López-­Velázquez L, Gold EM, Cunningham KM, Perez H, Anderson AJ, Cummings BJ. Transplantation of human neural stem cells restores cognition in an immunodeficient rodent model of traumatic brain injury. Experimental neurology. 2016;281:1-16. doi: 10.1016/j.expneurol.2016.04.008
  22. Takahashi K, Yamanaka S. Induction of Pluripotent Stem Cells from Mouse Embryonic and Adult Fibroblast Cultures by Defined Factors. Cell. 2006;126(4):663-676. doi: 10.1016/j.cell.2006.07.024
  23. Dunkerson J, Moritz KE, Young J, Pionk T, Fink K, Rossignol J, Dunbar G, Smith JS. Combining enriched environment and induced pluripotent stem cell therapy results in improved cognitive and motor function following traumatic brain injury. Restorative neurology and neuroscience. 2014;32(5):675-687. doi: 10.3233/RNN-140408
  24. Wei ZZ, Lee JH, Zhang Y, Zhu YB, Deveau TC, Gu X, Winter MM, Li J, Wei L, Yu SP. Intracranial Transplantation of Hypoxia-­Preconditioned iPSC-Derived Neural Progenitor Cells Alleviates Neuropsychiatric Defects after Traumatic Brain Injury in Juvenile Rats. Cell transplantation. 2016;25(5):797-809. doi: 10.3727/096368916X690403
  25. Zhang K, Jiang Y, Wang B, Li T, Shang D, Zhang X. Mesenchymal Stem Cell Therapy: A Potential Treatment Targeting Pathological Manifestations of Traumatic Brain Injury. Oxidative medicine and cellular longevity. 2022;2022. doi: 10.1155/2022/4645021
  26. Силачёв Д.Н., Плотников Е.Ю., Бабенко В.А., Данилина Д.И., Зорова Л.Д., Певзнер И.Б., Зоров Д.Б., Сухих Г.Т. Внутриартериальное введение мультипотентных мезенхимных стромальных клеток усиливает функциональное восстановление головного мозга после черепно- мозговой травмы // Клеточные технологии в биологии и медицине. 2015. № . 2. С. 71-77.
  27. Cox CS, Hetz RA, Liao GP, Aertker BM, Ewing-­Cobbs L, Juranek J, Savitz SI, Jackson ML, Romanowska-­Pawliczek AM, Triolo F, Dash PK, Pedroza C, Lee DA, Worth L, Aisiku IP, Choi HA, Holcomb JB, Kitagawa RS. Treatment of Severe Adult Traumatic Brain Injury Using Bone Marrow Mononuclear Cells. Stem Cells. 2017;35(4):1065-1079. doi: 10.1002/stem.2538
  28. Tian C, Wang X, Wang X, Wang L, Wang X, Wu S, Wan Z. Autologous Bone Marrow Mesenchymal Stem Cell Therapy in the Subacute Stage of Traumatic Brain Injury by Lumbar Puncture. Experimental and clinical transplantation: official journal of the Middle East Society for Organ Transplantation. 2013;11(2):176-181. doi: 10.6002/ect.2012.0053
  29. Argibay B. Trekker J, Himmelreich U, Beiras A, Topete A, Taboada P, Pérez-­Mato M, Vieites-­Prado A, Iglesias-­Rey R, Rivas J, Planas AM, Sobrino T, Castillo J, Campo F. Intraarterial route increases the risk of cerebral lesions after mesenchymal cell administration in animal model of ischemia. Scietific reports. 2017;7(1):40758. doi: 10.1038/srep40758
  30. Pinho AG, Cibrão JR, Silva NA, Monteiro S, Salgado AJ. Cell secretome: Basic insights and therapeutic opportunities for CNS disorders. Pharmaceuticals. 2020;13(2):1-18. doi: 10.3390/ph13020031
  31. Yang HN, Wang C, Chen H, Li L, Ma S, Wang H, Fu YR, Qu T. Neural stem cell-conditioned medium ameliorated cerebral ischemia-­reperfusion injury in rats. Stem Cells Internetional. 2018;2018:4659159. doi: 10.1155/2018/4659159
  32. Roura S, Monguió-­Tortajada M, Munizaga-­Larroudé M, Clos-­Sansalvador M, Franquesa M, Rosell A, Borràs FE. Potential of extracellular vesicle-­associated TSG-6 from adipose mesenchymal stromal cells in traumatic brain injury. International journal of molecular sciences. 2020;21(18):1-21. doi: 10.3390/ijms21186761
  33. Zhang Y, Zhang Y, Chopp M, Pang H, Zhang ZG, Mahmood A, Xiong Y. MiR-17-92 Cluster-­Enriched Exosomes Derived from Human Bone Marrow Mesenchymal Stromal Cells Improve Tissue and Functional Recovery in Rats after Traumatic Brain Injury. Journal of neurotrauma. 2021;38(11):1535-1550. doi: 10.1089/neu.2020.7575
  34. Zhang Y, Chopp M, Meng Y, Katakowski M, Xin H, Mahmood A, Xiong Y. Effect of exosomes derived from multipluripotent mesenchymal stromal cells on functional recovery and neurovascular plasticity in rats after traumatic brain injury. Journal of neurosurgery. 2015;122(4):856-867. doi: 10.3171/2014.11.JNS14770
  35. Liu YY, Li Y, Wang L, Zhao Y, Yuan R, Yang MM, Chen Y, Zhang H, Zhou FH, Qian ZR, Kang HJ. Mesenchymal stem cell-derived exosomes regulate microglia phenotypes: a promising treatment for acute central nervous system injury. Neural regeneration research. 2022;18(8):1657-1665. doi: 10.4103/1673-5374.363819
  36. Pischiutta F, Caruso E, Cavaleiro H, Salgado AJ, Loane DJ, Zanier ER. Mesenchymal stromal cell secretome for traumatic brain injury: Focus on immunomodulatory action. Experimental neurology. 2022;357:114199. doi: 10.1016/j.expneurol.2022.114199
  37. Sun MK, Passaro AP, Latchoumane CF, Spellicy SE, Bowler M, Goeden M, Martin WJ, Holmes PV, Stice SL, Karumbaiah L. Extracellular Vesicles Mediate Neuroprotection and Functional Recovery after Traumatic Brain Injury. Journal of neurotrauma. 2020;37(11):1358-1369. doi: 10.1089/neu.2019.6443
  38. Hering C, Shetty AK. Extracellular Vesicles Derived From Neural Stem Cells, Astrocytes, and Microglia as Therapeutics for Easing TBI-Induced Brain Dysfunction. Stem cells translational medicine. 2023;12(3):140-153. doi: 10.1093/stcltm/szad004
  39. Zhong L, Wang J, Wang P, Liu X, Liu P, Cheng X, Cao L, Wu H, Chen J, Zhou L. Neural stem cell-derived exosomes and regeneration: cell-free therapeutic strategies for traumatic brain injury. Stem cell research & therapy. 2023;14(1):198.
  40. Zhang Y, Liao JM, Zeng SX, Lu H. p53 downregulates Down syndrome-­associated DYRK1A through miR-1246. EMBO Reports. 2011;12(8):811-817. doi: 10.1038/embor.2011.98
  41. Ma Y, Li C, Huang Y, Wang Y, Xia X, Zheng JC. Exosomes released from neural progenitor cells and induced neural progenitor cells regulate neurogenesis through miR-21a. Cell communication and signaling: CCS. 2019;17(1):96. doi: 10.1186/s12964-019-0418-3

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. Fig. 1. Cellular response to damage caused by TBI. The red arrows show autocrine and paracrine effects, the blue arrows show the effects of astrocytes and microglia on neurons, according to Chiu et al., 2016, modified [10]

Скачать (128KB)
Метаданные

© Судьина А.К., Гринчевская Л.Р., Гольдштейн Д.В., Фатхудинов Т.Х., Салихова Д.И., 2024

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах