Clinical pharmacology, gene therapy, cell therapy, regenerative medicine (Council of Medical and Biological Sciences)
100 %
Panel
Clinical Medicine
Department or equivalent
Department of Anatomy, Histology and Embryology (University of Szeged)
Participants
Fekécs, Zoltán
Starting date
2015-09-01
Closing date
2019-05-31
Funding (in million HUF)
25.950
FTE (full time equivalent)
4.08
state
closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára. Az őssejtek sérült idegrendszerre gyakorolt hatása és hatásmechanizmusa újabban jelentős figyelmet kapott. A hatékony őssejtek alkalmazása azonban számos etiai és biomedikális aggodalomra ad okot. Ez utóbbiak közé tartozik többek között ezen sejtek differenciációja és sorsa a szervezetben és ezekre kérdésekre még nem született megnyugtató válasz. Ezért ideálisnak tűnik az a megoldás, hogy néhány valóban hatékony őssejt hatásmechanizmusát "ellesve" ezeket a mechanizmusokat a sérült idegrendszerben használjuk. Laboratóriumunk friss, nem publikált eredményei szerint három citokint (IL-10, IL-6 and MIP-1-a) és egy neurotrophicus factort (GDNF) szekretálnak a sérült gerincvelőbe transzplantált embryonális neuroectodermális őssejtek, melyek szignifikáns funkcionális javulást idéznek elő. A javulás morfológiai alapja a károsodott gerincvelői idegszövet megmentése és a sérült neuronok axonális regenrációja. Javasolt kísérleteinkben az őssejtek bizonyatottan jótékony hatását idéznénk elő gerinvelő sérült patkányokon a fenti négy faktor, vagy az anti-inflammatorikus hatású IL-10 egyedüliként való intraspinális alkalmazásával. Ettől a kombinált therápiától azt várjuk, hogy a) olyan eredményesen javítja a regenerációt és a gerincvelői funkciókat, mint maguk az őssejtek és b) alkalmazásukkal az IL-10-nél szignifikánsan jobb eredményt érünk el. A kérdések adekvát megválaszolására funkcionális és morfológiai módszerek tárházát fogjuk használni. Vizsgálataink várható eredménye az, hogy az őssejtek paracrin hatásmechanizmusának alkalmazása kielégítő javulást idéz elő kísérletes gerincvelő sérülést követően, az őssejtek használata nélkül.
Mi a kutatás alapkérdése? Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek. A citokinek többféle funkciót töltenek be a perifériás immun- és más szervekben. A jól ismert anti- és proinflammatorikus hatásaikkal szemben, a sérült idegrendszerben neuroprotektív és axonnövekedést serkentő szerepük is van. Klusman and Schwab felvetése szerint az anti- és proinflammatorikus citokinek a központi idegrendszerben sérülést követően alkalmazva egy harmonizált regeneratív funkciót töltenek be (Klusman and Schwab 1997). Laboratóriumunk friss eredményei szerint transzplantált embryonalis neuroektodermális őssejtek egy "citokin csomagot" szekretálnak, mely egyébként pusztulásra ítélt sérült motoneuronok túlnyomó többségét képes megmenteni (Pajer et al. 2014). Továbbá, ugyanezen sejtek patkányok sérült thoracalis gerincvelői üregébe transzplantálva jelentős szövetmentést és axonális regenerációt indítanak el, mely folyamatokat funkcionális állapotjavulás kísér. Ezek az intraspinálisan beültetett őssejtek anti- és proinflammatorikus citokineket (IL-10, IL-6 and MIP-1-a) és GDNF-et szekretáltak. A fenti szekretált molekulák funkcionális antitestekkel történt in vivo gátlása eltörölte a beültetett őssejtek jótékony hatását. Ezek alapján feltételezzük, hogy ezen citokinek és GDNF együttes és közvetlenül a gerincvelőbe történő alkalmazása jótékony hatást gyakorolna a súlyosan sérült gerincvelőre. Vizsgálatainkban a következő kérdésekre keresünk választ: Lehetséges-e a fenti faktorok közvetlen alkalmazásával a transzplantált őssejtek paracrin hatását utánozni? Milyen mértékig képes a humorális therápia a cellulárisat helyettesíteni, azaz mennyire számit a gazdaszövet és a graft közötti leírt kölcsönhatás?
Mi a kutatás jelentősége? Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának! A javasolt kutatási terv, sikeres megvalósítás esetén új távlatokat nyithatna meg a gerincevlő sérülések kezelési stratégiájában. Várhatóan az állatkísérletek kedvező eredményeit a későbbiekben át lehetne ültetni a humán gerincvelő sérülések kezelési gyakorlatába. Minden évebn fiatal emberek tízezrei szenvednek gerincvelő sérülést, és ez óriási terhet ró a családokra, a társadalomra és az egészségügyi ellátórendszerre egyaránt. Bár léteznek preklinikailag és klinikailag is ígéretesnek tűnő kezelési megközelítések, az akut és szubakut gerincvelő sérülések kielégítő kezelési mai napig megoldatlan kérdés. A fentiekben vázolt kísérletes kezelési stratégia jelentősége, hogy megkísérli a hatékony őssejt therápia hatásmechanizmusát utánozni, őssejtek beültetése nélkül. A kísérletes kezelési stratégia humán sérülések ellátási elveibe történő átültetése nem csupán egy lehetőséget nyújtana a sérültek kezelésére, hanem hozzájárulna a családjaik és a társadalom terheinek enyhítéséhez is.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára. A gerincvelő sérülések általában fiatal embereket tesznek tönkre, akik egész életükre súlyosan mozgásképtelenné válnak. Újabban több ígéretes kísérletes kezelési stratégia, beleértve az őssejtek használatát is, volt képes mérsékelt funkcionális javulást előidézni kísérletes körülmények között. Laboratóriumunk vizsgálatai szerint egy igen hatékony őssejt a sérült gerincvelőbe ültetve olyan faktorokat termel, melyek szignifikáns funkcionális és morfológiai javulást eredméyneznek. Javaslatunk szerint a transzplantált őssejtek szekrétumainak harmonizált hatása modellezhető kísérletekben, ahol csupán az őssejtek által eredetileg termelt, meghatározott molekulákat juttatjuk be sérült gerincelőbe, elkerülve az őssejtek alkalmazását. Azt várjuk, hogy a fentiekben vázolt therápiás stratégiával az őssejtek alkalmazásához hasonló jelentős javulás érhető el.
Summary
Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. Recently the action and effect of stem cells in the injured nervous system has received much focus. However, the application of potent stem cells raises several ethical and biomedical concerns. The latter include the differentiation and fate of these cellsand not all of these issues have been solved yet. Therefore it would be ideal to learn the mechanism of action of the few potent stem cells and apply these mechanisms to the injured nervous system. Current, unpublished data from our laboratory suggest that a combination of cytokines (IL-10, IL-6 and MIP-1-a) and a neurotrophic factor, GDNF, secreted by grafted embryonic neuroectodermal stem cells induce significant functional recovery based upon rescue of the injured spinal cord tissue and regeneration of injured neurons. Here we propose a study where the proven beneficial effect of stem cells would be recapitulated in rats suffering from spinal cord injury by intraspinal administration of the combination of these four compounds or IL-10, an anti-inflammatory cytokine alone. It is expected that administration of this combination therapy would a) induce as good regeneration and recovery of function as application of the stem cells and b) produce significantly better functional and morphological improvement compared with IL-10 therapy alone. An arsenal of functional and morphological methods will be applied to provide an adequate answer to these questions. It is expected, that by mimicking the paracrine mechanism of action used by the grafted stem cell we will be able to achieve satisfactory recovery from spinal cord injury without the use of stem cells.
What is the major research question? Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments. Cytokines have multiple functions in the peripheral immune system and other organs. In contrast to their well-known anti- or proinflammatory effects, they reportedly play a neuroprotective/axonal growth promoting role in the injured CNS. It has been suggested by Klusman and Schwab that anti- and proinflammatory cytokines have a harmonised regenerative function in the CNS after injury following direct application of certain cytokines (Klusman and Schwab 1997). Recent findings from our laboratory have shown that a set of cytokines expressed by grafted embryonic neuroectodermal stem cells rescues the vast majority of injured motoneurones otherwise destined to die after an avulsion injury (Pajer et al. 2014). Moreover, transplantation of the same stem cells into a rat thoracic contusion cavity leads to significant morphological tissue sparing and regeneration within the injured cord associated with functional improvent. Again, intraspinally grafted stem cells produced a set of anti- and proinflammatory cytokines (IL-10, IL-6 and MIP-1-a) and GDNF. Inhibiting the action of these molecules with function-blocking antibodies abolished the positive effects of grafted stem cells (our unpublished data). Based upon these results we propose the hypothesis that administration of these cytokines along with GDNF would exert a beneficial effect on the severely injured cord. In this study we aim to find answer to the following questions: Is it possible to mimic the paracrine effect of grafted stem cells by direct administration of these factors? To what extent can we replace cellular therapy with humoral factors, i.e. how far is the interaction between the host and graft cells needed?
What is the significance of the research? Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field. The proposed study, upon successful completion would open a new horizon in the treatment strategies of spinal cord injuries. It is expected that the positive results gained from animal experiments, after validation could be introduced in the human therapeutic arsenal. Tens of thousends of young people suffer spinal cord injuries every year, placing an enormous burden on the families, society and the health care system. While there are recent approaches which offer some promise at both the preclinical and clinical levels, the tretament of acute and subacute spinal cord injuries remained up to now unsolved. The significance of the outlined experimental treatment strategy is that it intends to recapitulate a very successful mechanism of action without the use of stem cell transplantation. Translation of the experimental treatment strategy to the human use would not only provide an opportunity for the injured patients to cure their lesioned spinal cord but would help the families and the society, too.
Summary and aims of the research for the public Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others. Spinal cord injuries usually debilitate young people, who remain severely paralyzed throughout their life. Recently several promising experimental strategies, including the use of stem cells have been found to induce moderate functional improvement under experimental condition. Studies from our laboratory suggest that a number of molecules, secreted by very potent stem cells grafted into the injured spinal cord induce significant functional and morphological improvement. Here we propose that the harmonized action of stem cell products can be modelled in an experimental setup where only the well-established factors, originally produced by the transplanted stem cells would be administered into the injured spinal cord, avoiding the use of stem cells. It is expected that significant improvement, similar to that of the above stem cells could be induced with the outlined strategy.
Final report
Results in Hungarian
gerincvelő sérülések nagy komoly motoros, vegetatív és érző funkciokieséshez vezetnek. Jelenleg a gerincvelő sérülések legígéretesebb therápiás megközelítése az őssejt transzplantáció. Azonban még a leghatékonyabb őssejteknek is lehetnek hátulütői, mint pl. tumor képződés vagy az immunreakciók felelősödése. Az őssejt transzplantáció alkalmazásával járó etikai és biológiai problémáinak kiküszöbölésére egy olyan rendszert akartunk létrehozni, amelyben a sérülés-specifikus, biológiailag bizonyított hatással rendelkező őssejt secretome-ot alkalmazunk. Kísérletes munkánkban bizonyítottuk, hogy az NE-GFP-4C őssejtvonal secretome-jának direkt módon (osmoticus pumpával) vagy embrionális fibroblasztok transzfekciójával történő bevitelével a sérült gerincvelőbe ugyanolyan mértékű morfológiai és funkcionális javulást érünk el, mint közvetlenül az őssejtek intraspinalis
beültetésével a contusios gerincvelő sérülés üregébe.
Results in English
Spinal cord injury leads to a very severe loss of motor, autonomic and sensory functions. The most promising therapeutic approch for spinal cord injury is stem cell transplantation. However, even very potent stem cell lines have disadvantages, such as possible tumor formation or augmentation of immunological reactions. To eliminate the ethical and biological problems of stem cell transplantation, we wanted to establish a system where we administer only the stem cell secretome with proven disease-specific biological action. Here we have provided evidence that administering the lesion-specific secretome of the NE-GFP-4C stem cell line via direct delivery by osmotic pumps or through the use of transfected embryonic fibroblasts we can achieve the extent of morphological and fucntional improvement after a spinal cord contusion injury as with intraspinal transplantation of stem cells.
