Transplantation von mononukleären Zellen aus humanem Nabelschnurblut nach experimentellem Schlaganfall: Evaluation des therapeutischen Zeitfensters

Der ischämische Schlaganfall ist global eine der bedeutendsten Volkskrankheiten. Die derzeit verfügbaren kurativen Therapieoptionen werden vorrangig durch ein enges therapeutisches Zeitfenster limitiert. Ziel der aktuellen Schlaganfallforschung ist die Entwicklung von über dieses Zeitfenster hinaus wirksamen Therapien. Ein vielversprechender neuer Ansatz ist die experimentelle Behandlung mit humanen Nabelschnurblutzellen. Diese Arbeit erforscht das therapeutische Zeitfenster für die systemische Therapie des ischämischen Schlaganfalls mittels mononukleärer Nabelschnurblutzellen (hUCB MNC) in spontanhypertensiven Ratten nach permanentem Verschluss der Arteria cerebri media (pMCAO). Hierzu wurden die Therapiezeitpunkte 4, 24, 72, 120 Stunden und 14 Tage nach experimentellem Schlaganfall in einem komplexen Studiendesign inklusive neurofunktioneller Tests, magnetresonanztomographischer und immunhistochemischer Verfahren untersucht. In vitro wurde der Einfluss kokultivierter hUCB MNC auf Nekrose und Apoptose in neuralem Gewebe unter Sauerstoff-Glukose-Deprivation betrachtet. Die Studie ergab eine verbesserte funktionelle Rekonvaleszenz und eine geringere Ausprägung von Atrophie und Astroglianarbe bei Therapie innerhalb eines 72- Stunden-Zeitfensters. In vitro wurde eine signifikante Reduktion von Nekrose und Apoptose durch kokultivierte hUCB MNC beobachtet. Eine histologische Relokalisierung der intravenös applizierten Zellen war in keiner Therapiegruppe möglich. Die Integration der hUCB MNC ins Hirnparenchym stellt somit keine conditio sine qua non für die funktionelle Erholung nach Schlaganfall dar. Trotz des beobachteten erweiterten Zeitfensters ist die Translation dieses Therapieansatzes in die klinische Realität kritisch zu diskutieren, da weiterführende Studien unserer Arbeitsgruppe eine limitierte Wirksamkeit unter sehr praxisnahen Bedingungen (z.B. Einsatz kryokonservierter hUCB MNC) gezeigt haben.Experimental treatment strategies using human umbilical cord blood mononuclear cells (hUCB MNCs) represent a promising option for alternative stroke therapies. An important point for clinical translation of such treatment approaches is knowledge on the therapeutic time window. Although expected to be wider than for thrombolysis, the exact time window for hUCB MNC therapy is not known. Our study aimed to determine the time window of intravenous hUCB MNC administration after middle cerebral artery occlusion (MCAO). Male spontaneously hypertensive rats underwent MCAO and were randomly assigned to hUCB MNC administration at 4h, 24h, 72h, 120h or 14d. Influence of cell treatment was observed by magnetic resonance imaging on days 1, 8 and 29 following MCAO and by assessment of functional neurological recovery. On day 30, brains were screened for glial scar development and presence of hUCB MNCs. Further, influence of hUCB MNCs on necrosis and apoptosis in post-ischemic neural tissue was investigated in hippocampal slices cultures. Transplantation within a 72h time window resulted in an early improvement of functional recovery, paralleled by a reduction of brain atrophy and diminished glial scarring. Cell transplantation 120h post MCAO only induced minor functional recovery without changes in the brain atrophy rate and glial reactivity. Later transplantation (14d) did not show any benefit. No evidence for intracerebrally localized hUCB MNCs was found in any treatment group. In vitro hUCB MNCs were able to significantly reduce post-ischemic neural necrosis and apoptosis. Our results for the first time indicate a time window of therapeutic hUCB MNC application of at least 72 hours. The time window is limited, but wider than compared to conventional pharmacological approaches. The data furthermore confirms that differentiation and integration of administered cells is not a prerequisite for poststroke functional improvement and lesion size reduction