Ультраструктурні зміни спинного мозку щурів з експериментальним алергічним енцефаломієлітом під впливом мезенхімальних стовбурових клітин та інтерлейкіна-10

Abstract

Мета: дослідити зміни процесу де- і ремієлінізації в спинному мозку на ультраструктурному рівні у щурів з експериментальним алергічним енцефаломієлітом (ЕАЕ) під дією мезенхімальних стовбурових клітин (МСК) та інтерлейкіну-10 (IЛ-10).

Матеріали і методи. Дослідження проведено на 23 білих щурах-самицях, вагою 210 г, яким індукували ЕАЕ з рецидивуючим перебігом. Тваринам внутрішньовенно чи субокципітально вводили у різних поєднаннях IЛ-10 (0,1 мкг) та МСК нетрансфіковані (1 млн.) та МСК (1 млн), трансфіковані геном IЛ-10. Досліджували ультраструктурні зміни спинного мозку щурів на 35 і 60 добу експерименту. На напівтонких зрізах визначали коефіцієнт співвідношення ширини мієлінової оболонки (МО) до діаметра осьового циліндра (ОЦ) волокон спинного мозку (СМ). Статистичний аналіз результатів здійснювали з використанням непараметричного рангового дискримінантного аналізу Краскела–Уолліса з подальшим застосуванням критерію U-Манна–Уїтні за допомогою пакета статистичних програм STATISTICA 6.1

Результати. В усіх експериментальних групах, порівняно з контролем виявлено зменшення ступеня та площі зон демієлінізації зі зниженням виразності інтраламілярного і периаксонального набряку. Коефіцієнт співвідношення товщини мієлінової оболонки до діаметра осьового циліндра статистично значуще зменшується у всіх групах, порівняно з контролем.

Висновки. Введений у ліквор субокципітально ІЛ-10 не справляє впливу, ознаки якого мають статистичну значущість, однак демонструє підсилення і потенціювання дії МСК. МСК сприяють зменшенню міжламінарного, периаксонального набряку та процесу демієлінізації у тварин з ЕАЕ. В усіх групах тварин в усі терміни дослідження МСК сприяють активації процесів ремієлінізації.

Цель: изучить изменения процессов де- и ремиелинизации в спинном мозге на ультраструктурном уровне у крыс с экспериментальным аллергическим энцефаломиелитом (ЭАЭ) под действием мезенхимальных стволовых клеток (МСК) и интерлейкина-10 (ИЛ-10).

Материалы и методы. Исследования проведены на 23 белых крысах – самках, весом 210 г, которым индуцировали ЭАЭ с рецидивирующим течением. Животным внутривенно или субокципитально вводили в разных комбинациях ИЛ-10 (0,1 мкг) и МСК нетрансфицированные (1 млн.) и МСК (1 млн.), трансфицированные геном ИЛ-10. Исследовали ультраструктурные изменения спинного мозга крыс на 35 и 60 сутки эксперимента. На полутонких срезах определяли коэффициент соотношения ширины миелиновой оболочки (МО) к диаметру осевого цилиндра (ОЦ) волокон спинного мозга (СМ). Статистический анализ результатов выполняли с использованием непараметрического рангового дискриминантного анализа Краскела–Уоллиса с последующим применением критерия U-Манна–Уитни при помощи пакета статистичческих программ STATISTICA 6.1.

Результаты. Во всех экспериментальных группах, по сравнению с контролем, выявлено уменьшение степени и площади зон демиелинизации со снижением выраженности интраламиллярного и периаксонального набухания. Коэффициент соотношения толщины миелиновой оболочки к диаметру осевого цилиндра статистически значимо уменьшается во всех группах, по сравнению с контролем.

Выводы. Введённый в ликвор субокципитально ИЛ-10 не оказывает влияния, признаки которого были бы статистически значимы, однако ИЛ-10 демонстрирует усиление и потенцирование действия МСК. МСК способствуют уменьшению интраламиллярного, периаксонального набухания и процесса демиелинизации у животных с ЭАЭ. Во всех группах животных во все сроки исследования МСК способствуют активации процессов ремиелинизации.

Introduction. Human umbilical cord derived mesenchymal stem cells (UCd-MSC) are multipotent. They are able to migrate to the sites of central nervous system damage, contribute to the restoration of the number of endogenous oligodendrocytes, produce immunomodulatory effects and are able to synthesize antiinflammatory cytokines (IL-10).

Purpose. To investigate the effect of UCd-MSC and IL-10 on the processes of de- and remyelination of nerve fibers of the spinal cord of rats with experimental allergic encephalomyelitis at the ultrastructural level.

Materials and methods. The study was performed on 23 white female rats, weighting 210 g. The relapsing course of EAE was obtained by inserting Freund's adjuvant into the rat’s hind limb pads. Six groups of animals were formed. 18 rats from EAE were intravenously or suboccipitaly administered in different combinations of IL-10 (0.1 μg) and MSC no transfected (1 million) and MSC (1 million) transfected with the IL-10 gene. Electron microscopy was used to investigate the ultrastructural changes in the lumbar spinal cord of experimental animals at the 35th and 60th day of the experiment. Also, the ratio of the width of the myelin sheath (MS) to the diameter of the axial cylinder (AC) was determined on the semi-thin sections. Statistical analysis of the results was performed using non-parametric rank discriminant Kruskel–Wallis analysis followed by application of the U-Mann-Whitney criterion using STATISTICA 6.1 statistical software package.

Results. In animals of all experimental groups, the peak of EAE was observed for 19–20 days and developed a chronic remitting flow. In the comparison group (EAE), part of the oligodendrocytes already in the early stages are in a para apoptotic state, the degree of which increases over time. Reactive modified swollen forms of oligodendroglia, along with destructive, are more often represented in the study group III EAE + IL-10. Hypertrophic oligodendrocytes are more likely to be detected after the introduction of MSCs. Oligodendrocytes of group V (EAE + MSK transfected with IL-10 gene) for 60 days of study have signs of functional tension (swollen mitochondria with crysts fragmentation). In all experimental animal groups, with the exception of the comparison group, a reduced degree and demyelination area with a simultaneous partial reduction of the intralamilar and almost complete – periaxonal edema. In the study group III (EAE + IL), none of the terms of the study showed normalization of the structure of myelin membranes. Figures of remyelination of nerve fibers in all experimental groups were detected already on the 35th day of the study. The ratio of the thickness of the myelin sheath to the diameter of the axial cylinder is statistically significantly reduced relative to the comparison group in all treated groups except for the III (EAE + IL) for 35 days and III (EAE + IL) and V (EAE + MSC (T) at 60 days of the experiment.

Conclusions. MSCs help reduce interlamilar, periaxonal edema and demyelination in animals with EAE.Suboccipitaly introduced into CSF IL-10 does not produce statistically significant effects, however, to some extent, strengthens the effect of MSC.In all animal groups and in all terms, MSCs promote stimulation of remyelination processes.