Les cèl·lules progenitores endotelials com a tractament neuroreparador angiovasculogènic en la isquèmia cerebral modulat per la metal·loproteïnasa de matriu 9 (mmp-9)

Abstract

Avui dia la patologia isquèmica cerebral, amb una fisiopatologia molt complexa, segueix sent una de les causes més importants de mort i incapacitat al món. Actualment l'únic tractament possible són les teràpies trombolítiques amb l’activador del plasminogen de teixit (rt-PA) , que només s'administren en la fase hiperaguda dels ictus isquèmics (<4,5 hores). És per tant necessari investigar noves teràpies aplicables després de la fase hiperaguda per poder augmentar el nombre de pacients tractats. La neuroreparació és una estratègia terapèutica que permet restablir la circulació cerebral i promoure la neuroregeneració. Per a assolir aquests objectius cal potenciar l'angiogènesi i la neurogènesi en el cervell isquèmic. L'objectiu d'aquesta tesi és estudiar el potencial neuroreparador de les cèl·lules progenitores endotelials (EPCs) i el rol de la MMP-9 en la seva modulació. Utilitzant un model d’isquèmia cerebral permanent en ratolí es va estudiar el potencial terapèutic de les EPCs així com dels factors secretats per aquestes. Els resultats mostren la potenciació de les respostes angiogèniques i neurogèniques endògenes en els animals que reben els citats tractaments demostrant per primer cop en un model d’isquèmia cerebral el potencial terapèutic dels factors de creixement que secreten les EPCs, oferint una eina per a teràpies pro-angiogèniques autòlogues basades en factors de creixement i lliures de cèl·lules. Atès que sabem que les metal·loproteïnases de matriu (MMPs) són necessàries per la remodelació extracel·lular que es dóna durant els processos d’angiogènesi i neurogènesi, aquesta tesi aprofundeix en el rol de la MMP-9 com a molècula clau reguladora en les teràpies pro-angiogèniques després de la isquèmia cerebral. Alhora també s’ha estudiat el rol de la isquèmia en l’activació i mobilització de les EPCs. Els resultats d’aquesta tesi mostren que la isquèmia cerebral estimula l’alliberament de les EPCs a la circulació. Per altra banda també hem demostrat com la deficiència de MMP-9 produeix una disminució de les EPCs circulants en animals control, que es reverteix després de l’estímul isquèmic. També s’han realitzat estudis de tubulogènesi in vitro, que demostren un augment de les capacitats angiogèniques en les cèl·lules obtingudes d’animals isquèmics comparat amb no isquèmics així com una disminució d’aquestes en cèl·lules d’animals deficients en MMP-9. La inhibició de les MMPs, i específicament la MMP-9, en EPCs humanes mostren els mateixos resultats, confirmant el rol d’aquesta metal·loproteïnasa en les capacitats angio-vasculogèniques in vitro de les EPCs. Finalment, s’ha posat a punt un model d’isquèmia cerebral transitòria en ratolí, per oclusió distal de l’artèria cerebral mitja mitjançant la seva compressió. Aquest model, amb un infart cortical ben delimitat i amb l’existència de la reperfusió del teixit, presenta una major homologia amb la patologia humana i ens permetrà continuar amb els estudis de neuroreparació en situacions de reperfusió.

Nowadays acute ischemic brain disease, which has a complex pathophysiology, remains one of the most important causes of death and disability worldwide. Currently the only possible treatment is the thrombolytic therapy with tissue plasminogen activator (rt-PA), that can be administered only in the hyperacute phase of ischemic stroke (<4.5 hours). Therefore, it is necessary to investigate new therapies that could be applicable after the hyperacute phase to increase the number of treated patients. Neurorepair therapies are therapeutic approaches that allow restoring cerebral circulation and promoting neuroregeneration. To achieve these objectives it is necessary to enhance angiogenesis and neurogenesis in the ischemic brain. The aim of this thesis is to study the neuropair potential of endothelial progenitor cells (EPCS) and the role of MMP-9 in its modulation. Using a model of permanent cerebral ischemia in mice, we studied the therapeutic potential of EPCs and their secreted factors. The results show an increase of angiogenesis in animals receiving the aforementioned treatments, demonstrating for the first time the therapeutic potential of growth factors secreted by EPCs in a model of cerebral ischemia and providing a tool for autologous pro-angiogenic cell-free therapies. Since it is known that matrix metalloproteinases (MMPs) are required for the extracellular remodeling that occurs during angiogenesis and neurogenesis, this thesis explores the role of MMP-9 as a key molecule in the regulation of pro-angiogenic therapies after cerebral ischemia. In addition, the role of ischemia in the activation and mobilization of the EPCs has also been studied. The results of this thesis show that cerebral ischemia stimulates the release of EPCs to circulation. Furthermore we have also demonstrated that MMP-9 deficiency causes a decrease in the number of circulating EPCs in control animals, which is reversed after the ischemic insult. In vitro tubulogenesis studies showed an increased angiogenic capacity in cells obtained from ischemic animals compared with non-ischemic as well as a decrease of these abilities in MMP-9 deficient animals. The pharmacological inhibition of MMPs, specifically MMP-9 in human EPCs showed the same results, confirming the role of this metalloproteinase in the in vitro angio-vasculogenic abilities of EPCs. Finally, we have developed a model of transient cerebral ischemia in mice by occlusion of the distal middle cerebral artery by compression. This model, with a well-defined cortical infarct and the presence of tissue reperfusion, has a greater homology with human disease and allows us to continue the neurorepair studies in the presence of reperfusion.