Effects of High Frequency repetitive Magnetic Stimulation on astrocytes in an ischemic cell model

Repetitive transcranial magnetic stimulation is a non-invasive and painless therapeutic technique, currently used as an auxiliary tool in the treatment of several neuronal disorders such as ischemic stroke. Ischemic stroke is a brain injury caused by partial or total interruption of blood flow to perfuse the cerebral tissue, with a high prevalence in the world and associated with high morbidity and mortality. HF-rTMS is able to promote motor recovery, improve ipsilesional cerebral hemodynamics and decrease global damage caused by stroke. These benefits result from changes triggered by rTMS in mechanisms such as synaptic plasticity, regulation of gene expression, neurogenesis and neuroprotection. Surprisingly, the effect of rTMS in glial cells has been underexplore. Using rat embryonic cortical cultures submitted to oxygen and glucose deprivation model, we evaluated the effects triggered by HF-rMS on astrocytes subjected to an ischemic insult and how these effects contribute to the promotion of neuroprotection. The results reveal that ischemic injury induces a 38% increase in the number of neurons expressing ERK1/2, but when neurons were exposed to medium conditioned by astrocytes or neuron-glial cultures stimulated with HF-rMS (10Hz) there was a 75% increase in these effects. Regarding the prevention of neurites degeneration, the results demonstrated that there was a decrease in the degeneration and maintenance of neuronal arborization, in neurons subjected to both conditioned media. HF-rMS applied after the ischemic injury was also able to induce an increase of approximately 60% in the expression of BDNF but was not able to alter astrocytic phenotype. The results obtained show that HF-rMS promotes the increase of BDNF expression by astrocytes, the release of factors that prevent the degeneration of neurites, the maintenance of neuronal arborization and the increase of ERK1/2+ neurons. Taken together these results show that HF-rMS is a promising tool for the treatment of neurological disorders.A estimulação magnética transcraniana repetitiva é uma técnica não invasiva e indolor de neuromodulação, atualmente utilizada como ferramenta auxiliar no tratamento de diversas desordens neurológicas como o AVC isquémico. O AVC isquémico é uma lesão cerebral causada pela interrupção parcial ou total do fluxo sanguíneo, é uma patologia de alta prevalência no mundo e com grande indice de morbilidade e mortalidade. A HF-rTMS vem demonstrando ser capaz de promover recuperação motora, melhoria da hemodinâmica cerebral ipsilateral à lesão, e de promover a diminuição global dos danos causados pelo AVC. Esses efeitos resultam de alterações desencadeadas pela rTMS em mecanismos celulares e moleculares como a plasticidade sináptica, a expressão génica, a neurogénese ou mecanismos de neuroproteção. Porém os mecanismos celulares e moleculares ainda não estão bem descritos. Nesta dissertação, utilizámos uma cultura celular cortical embrionária submetida a privação de oxigénio e glucose, para avaliar os efeitos desencadeados pela HF-rMS nos astrócitos sujeitos a um insulto isquémico. Os resultados revelam que a lesão isquémica induz aumento de 38% no número de neurónios que expressam ERK1/2, porém houve uma potenciação desses efeitos, com aumento de 75%, quando estes neurónios foram expostos a meio condicionado de astrócitos e meio condicionado por uma cultura neuroglial submetida a HF-rMS (10Hz). Quanto à prevenção da degeneração das neurites, os resultados revelaram que houve uma diminuição da degeneração e manutenção da arborização neuronal, em neurónio sujeitos a ambos os meios condicionados. A HF-rMS também foi capaz de aumentar em aproximadamente 60% a expressão de BDNF pelos astrócitos após lesão isquémica, porém não foi capaz de alterar o fenótipo astrocitário. Em suma, os resultados obtidos nesta dissertação demonstram que, a HF-rMS pode ser uma ferramenta promissora para o tratamento do AVC isquémico. A HF-rMS atua diretamente sobre os astrócitos promovendo aumento da expressão de BDNF, libertação de fatores que previnem a degeneração das neurites, manutenção da arborização neuronal e aumento do número de neurónios ERK1/2+