Resumen de Modulació de marcadors de neuroreparació en teràpies rehabilitadores després de l'ictus i en un model preclínic d'isquèmia cerebral
La malaltia de l’ictus té una elevada incidència, deixant a moltes de les persones afectades amb seqüeles físiques i motores permanents. Actualment, l’únic tractament disponible en la fase aguda, per intentar disminuir el dany cerebral, són les teràpies trombolítiques mitjançant fàrmacs com el t-PA (<4,5h) o mitjançant estratègies mecàniques com les teràpies endovasculars (fins a les 24h), per aquells pacients que presenten una oclusió arterial. Però malauradament, no tots els pacients poden beneficiar-se d’aquests tractaments degut als seus estrictes criteris d’inclusió. Per tant, la necessitat d’estudiar alternatives que ajudin a recuperar els dèficits neurològics causats per aquesta malaltia en fases més tardanes és imprescindible.
Fins a dia d’avui, la rehabilitació és l’únic tractament aprovat per ajudar a recuperar les funcions perdudes i millorar la qualitat de vida dels pacients. Però la resposta de cada individu a les teràpies de rehabilitació és heterogènia i es desconeix perquè alguns pacients no responen com s’esperaria a la teràpia. L’objectiu d’aquesta tesi és investigar nous biomarcadors que ajudin a conèixer l’estatus neurològic de pacients que han patit un ictus isquèmic al llarg del tractament rehabilitador i estudiar els mecanismes cerebrals subjacents que es troben activats durant les teràpies de rehabilitació mitjançant un model animal de neurorehabilitació.
L’angiogenina (ANG) i les cèl·lules endotelials progenitores (EPCs) han estat associades als processos de remodelació vascular en diferents patologies, i més concretament les EPCs s’han associat com a possibles marcadors de l’estat neurològic en els pacients. És per això que són els biomarcadors candidats del nostre estudi. Els resultats reportats mostren que després d’un mes de teràpia rehabilitadora intensiva, els pacients presenten un increment dels nivells d’ANG circulants comparat amb els nivells pre-teràpia i en controls sans. En canvi, les EPCs es troben elevades abans de començar la teràpia com a conseqüència de l’ictus i seguien mantenint els seus nivells elevats als 3-6 mesos després d’iniciar la teràpia en comparació amb els nivells en controls sans. A més, l’ANG està associada a una millora funcional de l’estat dels pacients mitjançant l’índex de Barthel, Medical Research Council i el Rankin.
Per tal de complementar aquestes investigacions, es van utilitzar dos models animals de neurorehabilitació (tasca específica i exercici físic) després d’una isquèmia experimental. La rehabilitació mitjançant una tasca específica augmenta l’expressió d’ang en ambdós hemisferis després de 12 dies de rehabilitació, on l’exercici físic també incrementava la seva expressió en l’hemisferi contralateral. A més, ambdues estratègies activen la formació de vasos al còrtex contralateral. En canvi, l’exercici físic estimula l’expressió de neuroblasts a la zona subventricular (nínxol neurotròfic), i s’identifica per primera vegada l’expressió d’ANG en neuroblasts. Finalment en estudis in vitro, diferents cèl·lules mare i progenitores s’han exposat a ANG exògena i s’ha observat que l’ANG estimula les cèl·lules neurals progenitores precursores de neuroblasts augmentant la seva proliferació, però no la seva diferenciació. A més, l’ANG també estimula la funció de les EPCs in vitro, demostrant la seva implicació en l’angiogènesi, augmentant la formació d’estructures tubulars i la velocitat de migració cel·lular.
En resum, els resultats d’aquesta tesi proposen l’ANG com a futur biomarcador per avaluar la resposta dels pacients a la rehabilitació i conclouen que la rehabilitació es capaç de modular alguns mecanismes de neuroreparació relacionats amb l’angiogènesi i la neurogènesi on l’ANG podria jugar un paper rellevant.
The high incidence of stroke leaves many people affected by physical and motor impairments. Currently, the only treatments available in the acute phase of stroke, which aims to minimize brain damage, are the thrombolitic therapies using drugs such as t-PA (<4.5h) or mechanical strategies such as endovascular therapies (up to 24h) for those patients who have an arterial occlusion. Unfortunately, due to the strict inclusion criteria of these treatments, only a minority of patients can benefit from them. Hence, there is a need to study alternative treatments during the chronic phases of stroke in order to improve the neurological deficits derived from this disease.
To date, rehabilitation is the only approved treatment targeting the recovery of the impaired functions and improve the quality of life of those disabled patients. However, the individual response to rehabilitation therapies is heterogeneous and it is unknown why some patients do not respond to therapy as expected. The objective of this thesis is to explore new biomarkers to deeply understand the neurological status of stroke ischemic patients during rehabilitation strategies and to study the underlying cerebral mechanisms active during rehabilitation therapies in an animal model of neurorehabilitation.
Angiogenin (ANG) and endothelial progenitor cells (EPCs) have been associated with vascular remodeling processes in different pathologies, and more specifically, EPCs have been described in patients as potential markers of neurological status. For this, they are the candidate biomarkers of our study. The results show an increase of ANG in patients after one month of intensive rehabilitation therapy compared to pre-therapy and healthy controls levels. On the other hand, the levels of EPCs increase before the therapy as a result of stroke and their levels are maintained at 3-6 months of therapy in comparison to healthy controls. Moreover, ANG is associated with a functional improvement of patient's neurological status in the Barthel index, Medical Research Council and Rankin scales.
In parallel to these clinic investigations, we used two different animal models of rehabilitation (task-specific and physical exercise) after an experimental cerebral ischemia. Task-specific exercise increases the expression of ang in both hemispheres after 12 days of rehabilitation, whereas physical exercise increases its expression in the contralateral hemisphere. Interestingly, both strategies activate the formation of vessels in the contralateral cortex. Besides, physical exercise stimulates the expression of neuroblasts in the subventricular zone (neurotrophic niche) and ANG expression is identified for the first time in neuroblasts. Finally, by in vitro studies, different stem cells and progenitors were treated with exogenous ANG and we report a stimulation of neural stem cell precursors of neuroblasts after treatment, however not in their differentiation. Additionally, ANG stimulates the function of EPCs in vitro, which demonstrates its implication in angiogenesis by increasing the formation of tubular structures and the rate of cell migration.
In summary, this thesis proposes ANG as a future biomarker to evaluate the patients’ response to rehabilitation and concludes that rehabilitation is capable to modify the endogenous response by enhancing neurorepair mechanisms related to angiogenesis and neurogenesis, where ANG could play a relevant role.
