This study investigated the neuroprotective efficacy of local hypothermia in a minipig model of spinal cord injury (SCI) induced by a computer-controlled impactor device. The tissue integrity observed at the injury epicenter, and up to 3 cm cranially and caudally from the lesion site correlated with motor function. A computer-controlled device produced contusion lesions at L3 level with two different degrees of tissue sparing, depending upon pre-set impact parameters (8N- and 15N-force impact). Hypothermia with cold (4°C) saline or Dulbecco's modified Eagle's medium (DMEM)/F12 culture medium was applied 30 min after SCI (for 5 h) via a perfusion chamber (flow 2 ml/min). After saline hypothermia, the 8N-SCI group achieved faster recovery of hind limb function and the ability to walk from one to three steps at nine weeks in comparison with non-treated animals. Such improvements were not observed in saline-treated animals subjected to more severe 15N-SCI or in the group treated with DMEM/F12 medium. It was demonstrated that the tissue preservation in the cranial and caudal segments immediately adjacent to the lesion, and neurofilament protection in the lateral columns may be essential for modulation of the key spinal microcircuits leading to a functional outcome. Tissue sparing observed only in the caudal sections, even though significant, was not sufficient for functional improvement in the 15N-SCI model.
The aim of the present study was to investigate the therapeutic efficacy of local hypothermia (beginning 30 min post-injury persisting for 5 h) on tissue preservation along the rostro-caudal axis of the spinal cord (3 cm cranially and caudally from the lesion site), and the prevention of injury-induced functional loss in a newly developed computer-controlled compression model in minipig (force of impact 18N at L3 level), which mimics severe spinal cord injury (SCI). Minipigs underwent SCI with two post-injury modifications (durotomy vs. intact dura mater) followed by hypothermia through a perfusion chamber with cold (epidural t≈15°C) saline, DMEM/F12 or enriched DMEM/F12 (SCI/durotomy group) and with room temperature (t≈24°C) saline (SCI-only group). Minipigs treated with post-SCI durotomy demonstrated slower development of spontaneous neurological improvement at the early postinjury time points, although the outcome at 9 weeks of survival did not differ significantly between the two SCI groups. Hypothermia with saline (t≈15°C) applied after SCI-durotomy improved white matter integrity in the dorsal and lateral columns in almost all rostro-caudal segments, whereas treatment with medium/enriched medium affected white matter integrity only in the rostral segments. Furthermore, regeneration of neurofilaments in the spinal cord after SCI-durotomy and hypothermic treatments indicated an important role of local saline hypothermia in the functional outcome. Although saline hypothermia (24°C) in the SCI-only group exhibited a profound histological outcome (regarding the gray and white matter integrity and the number of motoneurons) and neurofilament protection in general, none of the tested treatments resulted in significant improvement of neurological status. The findings suggest that clinically-proven medical treatments for SCI combined with early 5 h-long saline hypothermia treatment without opening the dural sac could be more beneficial for tissue preservation and neurological outcome compared with hypothermia applied after durotomy.
Accumulating evidence confirms that the exposure of neonatal rats to maternal separation can significantly alter individual processes of postnatal neurogenesis in the olfactory neurogenic region - the subventricular zone (SVZ) and the rostral migratory stream (RMS). To establish the stressful influence of MS on postnatal neurogenesis we have investigated whether altered olfactory environment caused by short-term MS induces expression of Fos protein in the SVZ/RMS and in the olfactory cortical area - anterior olfactory nucleus (AON) of neonatal rats. Pups were separated from mothers for 2 hours at the postnatal days 7, 14 and 21. Immunohistochemically labeled Fos protein was assessed. Our results revealed that single exposure to MS is a stressful event that selectively and in age-dependent manner stimulates cellular activity in the SVZ and AON. A few Fos+ cells were found in the SVZ of P21 control animals and MS significantly increased their number. This suggests that some SVZ cells are included in the circuitry, which is activated by MS and that these cells have complete equipment for the Fos signal transduction. MS significantly increased the number of Fos+ cells in the AON in all age stages examined suggesting that its effect is mediated by olfaction.
Processes of adult neurogenesis can be influenced by environmental factors. Here, we investigated the effect of microwave radiation (MWR) on proliferation and cell dying in the rat rostral migratory stream (RMS) -a migration route for the neuroblasts of the subventricular zone. Adult and juvenile (two weeks old) rats were exposed to a pulsed-wave MWR at the frequency of 2.45 GHz for 1 or 3 h daily during 3 weeks. Adult rats were divided into two groups: without survival and with two weeks survival after irradiation. Juvenile rats survived till adulthood, when were tested in the light/dark test. Proliferating cells in the RMS were labeled by Ki-67; dying cells were visualized by Fluoro-Jade C histochemistry. In both groups of rats irradiated as adults we have observed significant decrease of the number of dividing cells within the RMS. Exposure of juvenile rats to MWR induced only slight decrease in proliferation, however, it strikingly affected cell death even two months following irradiation. In addition, these rats displayed locomotor hyperactivity and decreased risk assessment in adulthood. Our results suggest that the long-lasting influence of radiation is manifested by affected cell survival and changes in animals´ behavior.
Травматичне пошкодження спинного мозку (ПСМ) має руйнівний вплив на здоров'я та якість життя людини. У звязку з тим, що важкість ПСМ не визначається лише моментом травмування, існує потенціал використання терапевтичного втручання. На теперішній час ще не розроблено ефективної терапії лікування ПСМ. Мета роботивизначити можливість використання локальної епідуральної гіпотермії для зменшення вторинного нейрального пошкодження спинного мозку.У експерименті використовували унікальну модель компресійного пошкодження на дорослих карликових свинях. Травму індукували контрольованим за допомогою комп'ютера компресійним пристроєм, який застосовували в оголеному сегменті спинного мозку L3 (із силою 8 Н), що призводило до параплегії нижніх кінцівок. Після травми у місце над ділянкою пошкодження імплантували спеціальну перфузійну камеру, яка дозволяла здійснювати місцеву перфузію пошкодженої тканини охолодженим (4°С) сольовим розчином. Неврологічний стан визначали власною 20-точковою неврологічною шкалою. Для дослідження тканини спинного мозку використовували МРТ, гістохімічний та імуногістохімічний методи.Середня температура охолодженого розчину в перфузійній камері протягом 5 годин становила 19°С. Тварини, яким проводили терапію із використанням гіпотермії, демонстрували більш виражене поліпшення локомоторних функцій і наприкінці терміну виживання досягли значно кращих поведінкових показників, ніж тварини, яких без лікування. Магнітно-резонансна томографія виявила відсоткову втрату білої та сірої речовини в епіцентрі пошкодження, поздовжнє краніальне та каудальне поширення пошкодження [Sulla et al., 2014]. У результаті локальної гіпотермічної перфузії ділянки пошкодження спинного мозку значно збільшилася кількість нейрофіламентів, збереженою залишилася біла/сіра речовина у каудальних сегментах. Морфометричні параметри позитивно корелювали із показниками поведінкових реакцій.Оцінка за допомогою МРТ виявилася важливим методом визначення динаміки змін у нервовій тканині після ПСМ. Статистичний аналіз визначив позитивну анатомічну кореляцію між результатми МРТ та гістологічного дослідження. Ми визначили, що гіпотермія при 4°С значно підвищила збереженість тканини, імунореактивність нейрофіламентів та поведінкові реакції порівняно з тваринами із ПСМ.Таким чином, гіпотермічна перфузія з використанням сольового розчину виявилася ефективною підтримуючою терапією з позитивною нейропротекторною дією після ПСМ.Роботу виконували за підтримки проекту Структурних фондів ЄС (код ITMS: 26220220202).Traumatic spinal cord injury (SCI) has devastating impact on human health and quality of life. Since the extent of spinal cord trauma is not determined only by moment of injury, there is potential space for application of therapeutic intervention. There is still no effective clinical therapy to treat injured spinal cord. Our goal was to reduce secondary neuronal damage by methods of local epidural hypothermia.In our experiment we used unique model of compression injury in adult minipigs. The trauma was induced by a computer controlled spinal com...
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.