In situ tissue engineering and induced plasticity inexperimental stroke

Ulike strategier for å fremme regenerering og endogen plastisitet i hjernen etter eksperimentelt iskemisk slagTil tross for nåværende kliniske behandlinger som forsøker å gjenopprette blodtilførsel til den rammede delen av hjernen, ankommer relativt få pasienter tidsnok til sykehuset til å kunne dra full nytte behandlingen. Ved å kombinere strategier, som f.eks. stamcelleterapi og farmakologi, håper vi å kunne utvikle nye behandlinger av slag.Antallet nye tilfeller av slag og pasienter som overlever med ulik grad av funksjonsnedsettelse er forventet å øke de neste årene, grunnet at populasjonen av eldre bare blir større og større. Den komplekse sykdomsutviklingen av iskemiske hjerneslag og variasjonen mellom pasienter understreker viktigheten av å lære mer om molekylære og genetiske faktorer som påvirker den underliggende patologien og endogene reparasjonsmekanismer i sentralnervesystemet. Dette kan potensielt føre til utvikling av skreddersydde behandlinger for slagpasienter. En av de største utfordringene med behandling av hjerneslag er det korte tidsrommet hvor behandling er mulig å gi, i tillegg til få alternativer når det gjelder behandling. Derfor bør et av målene ved grunnforskning og translasjonsoorskning være å utvikle nye terapier relatert til patofysiologiske mekanismer på forskjellige stadier etter et slag oppstår for å kunne utvide tidsrommet hvor behandling er mulig. Dette vil også kunne føre til at flere pasienter kan få behandling. I arbeidet som er presentert i avhandlingen beskrives det ulike tilnærminger til behandling av hjerneslag i eksperimentelle slagmodeller. Hovedmålet med arbeidet har vært; å kombinere stamcelleterapi enten med andre celletyper eller med farmakologisk behandling for å se om dette øker effekten i forhold til stamcellebehandling alene, studere effekten av å modulere inflammatoriske prosesser på utvikling av skaden, ta i bruk histologiske metoder for å se på celleimplantatenes overlevelse og integrering i vevet, studere hjernens egen (endogene) kapasitet for regenerasjon og effekten av de ovennevnte behandlingene på denne responsen til skade, og sammenligne to forskjellige dyremodeller og diskutere potensialet for klinisk translasjon ved bruk av disse i slagforskning. Selv om vi ikke kan konkludere om stamcellebehandling bør være en del av en behandlingsstrategi for slagpasienter eller hvordan vi kan promotere hjernens egen kapasitet til regenerasjon på best mulig måte, kan våre forskningsresultater tyde på at effekten av å kombinere forskjellige behandlinger er større enn f.eks kun ved stamcellebehandling alene. Vi foreslår at framtidig forskning bør legge vekt på å utforske ulike kombinasjoner av behandlinger.

(In situ) strategier for behandling av skade etter eksperimentelt hjerneslagTil tross for nåværende kliniske behandlinger som forsøker å gjenopprette blodtilførsel til den rammede delen av hjernen, ankommer relativt få pasienter tidsnok til sykehuset for å kunne dra full nytte behandlingen. Ved å ta i bruk forskjellige strategier, som f.eks. stamcelleterapi og farmakologi, håper vi å kunne utvikle nye behandlinger av slag.Det overordnede målet med prosjektet er å dra nytte av hjernens egen evne til plastisitet etter skade ved å kombinere stamcelleterapi, biopolymerer og farmakologi for å behandle hjerneslag. Vi har valgt å bruke en klinisk relevante dyremodeller grunnet hjernens komplekse oppbygning, og for en gang i framtiden å kunne overføre mulige funn til behandling av mennesker. Rekkefølgen på studiene i avhandlingen blir som følger: 1) Augestad et al. Effects of neural stem cell and olfactory ensheathing cell co-transplants on tissue remodelling after transient focal cerebral ischemia in the adult rat. (akseptert for publikasjon okt. 2016). 2) Augestad et al. Minocycline treatment combined with human neural stem cells after transient cerebral ischemia (in preparation). Status: De siste analysene gjenstår. Planlagt innsendelse av manuskriptet er innen slutten av januar 2017. 3) Augestad et al. Efficacy of human neural stem cell transplants combined with neuroprotective/anti-inflammatory treatment in the sub-acute stage after photothrombotic stroke. Status: Analyser av datainnsamlingen pågår og manuskriptet til denne studien har planlagt innsendelse senest innen utgangen av februar 2017. I oktober 2016 ble den første artikkelen i min avhandling akseptert for publisering. To nye artikler er planlagt for innsendelse innen februar 2017. Arbeidet som har blitt gjort så langt har blitt presentert i form av en blitz-presentasjon og poster på den årlige nasjonale PhD konferansen i sept. 2016, arrangert av den nasjonale forskerskolen i nevrovitenskap (NRSN). I tillegg har mitt arbeid blitt presentert på to forskjellige workshops avholdt på St.Olavs, arrangert av mine veiledere, hhv 4.nov med vår samarbeidsgruppe fra Praha, og 16.des med medlemmer fra flere forskjellige forskningsgrupper på NTNU. På nåværende tidspunkt er det de siste gjenstående analysene av de innsamlede data som er hovedfokus, og ferdigstilling av de to siste artiklene og selve avhandlingen.

In situ strategier for behandling av skade etter eksperimentelt hjerneslagTil tross for nåværende kliniske behandlinger som forsøker å gjenopprette blodtilførsel til den rammede delen av hjernen, ankommer relativt få pasienter tidsnok til sykehuset for å kunne dra full nytte behandlingen. Ved å ta i bruk forskjellige strategier, som f.eks. stamcelleterapi og farmakologi, håper vi å kunne utvikle nye behandlinger av slag.Det overordnede målet med prosjektet er å dra nytte av hjernens iboende plastisitet etter skade ved å kombinere stamcelleterapi, biopolymerer og farmakologi for å behandle hjerneslag. Vi har valgt å bruke en klinisk relevant dyremodell med sikte på å kunne overføre mulige funn til klinikken. Fra januar til april 2015 ble det gjennomført analyser av eksperimentene som ble gjennomført i 2014, blant annet av MR bildene og vevsanalyser. Det viste seg at få av rottene som ble operert i 2014 hadde fått slag og vi måtte vurdere å gjenta eksperimentet. Det ble imidlertid ikke tid til å utføre nye operasjoner før det planlagte utenlandsoppholdet ved The McGowan Institute for Regenerative Medicine ved University of Pittsburgh, PA, USA fra slutten av april-slutten av oktober 2015. I november-desember 2015 ble operasjoner utført med større suksess enn tidligere. All datainnsamling ble ferdigstilt i desember, og analyser vil bli gjennomført fra januar 2016, med mål om innsendelse i mars samme år. Vi fikk heller ikke startet å gjøre operasjoner til studien som skulle sammenligne to slagmodeller, Middle Cerebral Artery occlusion (MCAo) og Subarachnoid Haemorrhage (SAH). Pga. utfordringer knyttet til anestesi og annet utstyr kunne vi ikke gjennomføre SAH. Derfor ble det bestemt å bytte ut denne med en studie som tidligere hadde blitt startet av min veileder, men som trengte videre analyser av vev, MR, og atferdstester. Denne studien er snart ferdigstilt og manuskriptet er planlagt å sendes inn senest i begynnelsen av februar 2016. Målet med utenlandsoppholdet var å utvikle mine ferdigheter som forsker for å kunne jobbe mer selvstendig. Jeg fikk opplæring i en annen variant av MCAo-modellen som gjør det enklere å utføre operasjonen. I tillegg fikk jeg opplæring i vevsanalyser og mikroskopering, cellekulturer, arbeid med biomaterialer og post-operativ nevrologisk vurdering og behandling av rotter. Veileder under oppholdet var Michel Modo. Studie 3 vil se på effekten av Minocycline i fototrombotisk lesjon, en kortikal slagmodell, i kombinasjon med stamcelleterapi. Studien er planlagt å starte i midten av februar 2016 med innsendelse av manuskript senest i mai. Rekkefølgen på studiene i avhandlingen blir som følger: 1) Augestad et al. Cellular, anatomical, and functional effects of neural stem cell and olfactory ensheathing cell co-grafts in an adult rat model of transient cerebral ischemia (in manuscript) 2) Augestad et al. Minocycline treatment combined with human neural stem cells after transient cerebral ischemia (in preparation) 3) Augestad et al. Efficacy of induced neural progenitors (iNPs) transplants combined with neuroprotective/anti-inflammatory treatment in the sub-acute stage after stroke Ingen artikler ble publisert i løpet av 2015, men det er planlagt minst tre publikasjoner i løpet av 2016. Arbeidet som har blitt gjort så langt har derimot blitt presentert ved 22nd annual Conference of the American Society of Neural Therapy and Repair, i Clearwater, Florida, USA. I tillegg har et samarbeid ført til et medforfatterskap på en artikkel, men den er ikke en del av avhandlingen: - McDonagh, B. et al (2015). L-DOPA-Coated Manganese Oxide Nanoparticles as Dual MRI Contrast Agents and Drug-Delivery Vehicles. Small 2015 NTNU

In situ strategier for behandling av skade etter eksperimentelt hjerneslagTil tross for nåværende kliniske behandlinger som forsøker å gjenopprette blodtilførsel til den rammede delen av hjernen, ankommer relativt få pasienter tidsnok til sykehuset for å kunne dra full nytte behandlingen. Ved å ta i bruk forskjellige strategier, som f.eks. stamcelleterapi og farmakologi, håper vi å kunne utvikle nye behandlinger av slag.Det overordnede målet med prosjektet er å dra nytte av hjernens egen evne til plastisitet etter skade ved å kombinere stamcelleterapi, biopolymerer og farmakologi for å behandle hjerneslag. Vi har valgt å bruke en klinisk relevant dyremodell grunnet hjernens komplekse oppbygning, og for en gang i framtiden å kunne overføre mulige funn til behandling av mennesker. I mai/juni 2014 ble den første studien gjennomført hvor det ble påført slag ved å midlertidig stoppe blodtilførselen til en del av høyre hjernehalvdel hos Sprague Dawley rotter, også kalt middle cerebral artery occlusion (MCAo). MCAo ble utført for å undersøke effekten av to uker med antibiotikabehandling (Minocycline) før transplantasjon av nevronale stamceller. Minocycline har i andre studier blitt vist å ha en beskyttende effekt på hjerneceller. Skade i sentralnervesystemet fører til en kraftig immunrespons som hindrer overlevelsen av transplanterte celler. Ved å forsøke å dempe denne responsen ønsker vi å oppnå økt overlevelse av cellene slik at de kan danne nye koblinger med eksisterende hjerneceller, noe som potensielt kan føre til bedre motorisk utfall for denne gruppen pasienter. Den andre studien ble påbegynt i juli/august 2014 og er en undersøkelse av effekten av Minocycline på to forskjellige slagmodeller, MCAo og subarrachnoid hemorrhage (SAH). Hjerneslag har store variasjoner når det gjelder omfang av skade og hvordan pasienter påvirkes over lengre tid. Derfor vil vi i denne studien undersøke hvilken effekt behandlingen vi gir har i disse forskjellige slagmodellene og også hva det kan ha å si for utviklingen av skade. Så langt er det bare MCAo som har blitt utført, men vi ønsker å komme i gang med SAH så fort som mulig. For å vurdere utfallet av skade og behandling bruker vi flere forskjellige innfallsvinkler. Postoperativ nevrologisk funksjon vurderes ut i fra Bederson skalaen hvor rottene observeres hver dag i minimum én uke etter skade. Atferdstester,som Cylinder test, blir også utført for å vurdere nevrologisk skade før og etter skade/behandling. For å se på utviklingen av skade i vevet og utfall av behandling bruker vi multiparametrisk magnetic resonans imaging (MRI) på en egen 7T MRI skanner for smådyr, og MR spektroskopi, på akutte og kroniske stadier. På nåværende tidspunkt er det analyse av de innsamlede data som er hovedfokus, og planlegging av fremtidige studier. Ingen artikler ble produsert i løpet av 2014, men det er planlagt minst tre publikasjoner i løpet av 2015. Arbeidet som har blitt gjort så langt har derimot blitt presentert i form av en poster på et møte i Praha september 2014 arrangert av International Brain Research Organization (IBRO). Det har også blitt holdt en presentasjon på den årlige nasjonale PhD konferansen, også i september 2014, arrangert av den nasjonale forskerskolen i nevrovitenskap (NRSN).