An Investigation of the Impact of Cell Maturity on Transplantation Success for Stroke

Stroke is a devastating disease that affects millions of people worldwide and leads to lifelong disabilities. Increasingly, transplantation of an exogenous source of cells is becoming a feasible strategy to regain function, however preclinical studies suffer from a lack of long term cell survival. To increase transplanted cell survival and differentiation, we explored two main strategies: 1) Transplantation in a biocompatible hydrogel delivery system, and 2) Transplantation of neural progenitor cells of increasing neuronal maturation. We hypothesized that the initial neuronal maturity of the cell population will impact in vitro survival, and consequently functional recovery in a rat model of stroke following intracortical delivery in a hydrogel. To test this hypothesis, we delivered cells in a hydrogel composed of hyaluronan and methylcellulose, termed HAMC, previously shown to be beneficial for cell delivery in models of retinal degeneration, spinal cord injury and stroke. Three populations of neuronal progenitors were differentiated from human cortically-specified neural progenitor cells (cNEPs) and selected along the maturation continuum: early (day 0), mid (day 16) and late (day 32) differentiated cells. Early, mid and late differentiated cells were transplanted into the stroke-injured rat brain and cell survival and fate was investigated one and 7 weeks later. Surprisingly, at 7 weeks there was no difference in cell survival or fate between the groups tested; however early differentiated cells exhibited significant improvement in behavioural recovery. It was determined by testing in vitro post-injection cell viability that late differentiated cells experience more cell death during the transplantation process. Furthermore, we investigated the phenotype of cells following injection and found that mature cells are preferentially killed during this process, leading to the elimination of any differences in maturity once cells are injected into the brain. We also determined that this acute cell death negatively affects the host tissue, including increased lesion volume, cell death and gliosis. These findings suggest that the transplantation process can drastically alter the desired transplant population, affecting the targeted outcome of the delivery strategy, and should be taken into careful consideration when designing any transplantation therapy. 뇌졸중은 전 세계적으로 수백만 명의 사람들에게 영향을 미치며 평생 장애로 이어지는 파괴적인 질병입니다. 점차적으로, 외인성 세포원의 이식은 기능을 되 찾는 실현 가능한 전략이되고 있지만, 전임상 연구는 장기 세포 생존의 결핍으로 어려움을 겪고있다. 이식 된 세포 생존 및 분화를 증가시키기 위해, 우리는 2 가지 주요 전략, 즉 1) 생체 적합성 하이드로 겔 전달 시스템에서의 이식, 2) 증가하는 연결 성숙의 신경 전구 세포의 이식. 우리는 세포 집단의 초기의 연결 성숙이 생체 외 생존에 영향을 미치고 결과적으로 하이드로 겔 내 대뇌 피질 전달 후 뇌졸중의 쥐 모델에서 기능 회복에 영향을 미칠 것이라는 가설을 세웠다. 이 가설을 시험하기 위해, 우리는 이전에 망막 변성, 척수 손상 및 뇌졸중 모델에서 세포 전달에 유리한 것으로 나타 났던 HAMC라고 불리는 히알루 론산과 메틸 셀룰로오스로 구성된 하이드로 겔에 세포를 전달했습니다. 신경 전구 세포의 세 집단은 인간 피질 - 지정 신경 전구 세포 (cNEPs)와 차별화되어 성숙 연속체를 따라 선택되었다 : 초기 (0 일), 중간 (16 일) 및 늦은 (32 일) 분화 된 세포. 뇌졸중에 걸린 쥐의 뇌에 초기, 중기 및 후기 분화 세포를 이식하여 1 주 및 7 주 후에 세포 생존과 운명을 조사했다. 놀랍게도, 7 주에 실험 된 그룹 사이에 세포 생존이나 운명에 차이가 없었다; 그러나 초기 분화 세포는 행동 회복에있어 유의 한 개선을 보였다. 후기 분화 세포가 이식 과정에서 더 많은 세포 사멸을 경험한다는 것은 시험관 내 사후 세포 생존력을 시험하여 결정되었다. 또한, 우리는 주사 후 세포의 표현형을 조사하고 성숙 세포가 우선적으로 죽어서 세포가 뇌에 주사되면 성숙의 차이를 없애는 것으로 나타났다. 우리는 또한이 급성 세포사가 증가 된 병변 부피, 세포 사멸 및 신경 교근증을 포함하여 숙주 조직에 부정적인 영향을 미친다는 결론을 내렸다. 이러한 결과는 이식 과정이 원하는 이식 인구를 크게 바꿀 수 있고, 전달 전략의 목표 결과에 영향을 미치며, 이식 요법을 설계 할 때는 신중히 고려해야한다고 제안합니다.

Keywords: Cell Delivery
Hydrogel
Neuroscience
Regenerative Medicine
Stem Cells
Advisor: Shoichet, Molly S