Der Substanz-P-Stoffwechselweg im Kontext der traumatischen Rückenmarksverletzung – Freund oder Feind?

Abstract-Text deutsch

Einleitung:

Eine traumatische Rückenmarksverletzung (tSCI) ist häufig mit lebenslanger Behinderung assoziiert und kann bislang nicht suffizient therapiert werden. Mit dem primären Trauma wird eine Kaskade sekundärer Verletzungsprozesse ausgelöst, zu denen die Desintegrität der Blut-Rückenmark-Schranke (BSCB) und die Neuroinflammation gehören. Diese sind eng mit einer Verschlimmerung der Symptome, einer beeinträchtigten Regeneration und einer Verschlechterung des Behandlungsergebnisses verbunden. Der durch Substanz P (SP) vermittelte Signalweg wurde mit der Steuerung solcher sekundärer Verletzungsprozesse in Verbindung gebracht. Unser aktuelles Experiment zielte daher darauf ab, die Auswirkungen einer Aktivierung des SP-Signalwegs auf solche Verletzungsprozesse nach tSCI im Tiermodell zu untersuchen.

Material und Methoden:

78 Wistar-Ratten wurden randomisiert, um entweder eine T10-Kompressions-/Kontusions-SCI mit zusätzlicher Implantation einer Mikropumpe für die i.t.-Verabreichung von SP oder Placebo (bis zu 7 Tage), oder nur eine Laminektomie (Sham) zu erhalten. Die neurologische Funktion wurde 1, 3 und 7 Tage nach der SCI sowie danach wöchentlich untersucht (CatWalk-Ganganalyse, BBB Openfield Score und Gridwalk-Test). Die Tiere wurden zu verschiedenen Zeitpunkten perfundiert (3, 7 und 28 Tage nach SCI). Nach der Gewebepräparation wurde eine Immunfluoreszenzanalyse durchgeführt, um den Einfluss von SP auf die Neuroinflammation und die Integrität der BSCB in der akuten Phase nach tSCI zu beurteilen. Darüber hinaus wurde die Nass-/Trocken-Gewichtsmethode zur Beurteilung des Rückenmarksödems verwendet. Die Ergebnisse zwischen den Gruppen wurden statistisch verglichen (p < 0,05 wurde als signifikant angesehen).

Ergebnisse:

Die Erholung der neurologischen Funktion zeigte einen Zusammenhang mit der i.t. SP-Behandlung: Die BBB-Scores waren bei den SP-Tieren im Vergleich zu den Placebo-Tieren deutlich höher und die Schrittfehler im Gridwalk-Test sowie die Gangparameter in der CatWalk-Ganganalyse zeigten einen Trend zu besseren Ergebnissen bei der Verabreichung von SP. Dennoch führte die i.t. Verabreichung von SP direkt nach der tSCI im Vergleich zu Placebo-Tieren auf histologischer Ebene nicht zu einer starken Verringerung der Neuroinflammation oder einer Erhöhung der BSCB-Integrität. Dementsprechend war das Rückenmarksödem, gemessen mit der Nass-/Trockengewichtsmethode, in der SP-Gruppe im Vergleich zur Placebogruppe nur geringfügig reduziert.

Schlussfolgerung:

Wir präsentieren Ergebnisse zum Zusammenhang zwischen dem SP-Signalweg und der Neuroinflammation, der BSCB-Integrität, dem Rückenmarksödem sowie der funktionellen Erholung nach tSCI bei Ratten. Es wird erörtert, ob die Aktivierung oder vielmehr die Blockierung dieses Weges neuroprotektive Wirkungen haben und für weitere präklinische Studien nützlich sein könnte.

Abstract-Text englisch

Introduction:

Traumatic spinal cord injury (tSCI) is a devastating event, often associated with lifelong disability. With the primary inmury, a cascade of secondary injury processes including blood-spinal cord barrier (BSCB) disintegration and neuroinflammation is initiated, typically leading to aggravation of symptoms, impaired regeneration, and worsened outcome. The Substance P (SP) mediated pathway has been associated with mediating secondary injury cascades. Therefore, our current experiment aimed to assess the effects of an activation of the SP pathway on secondary injury processes in an animal model of tSCI.

Material and Methods:

78 Wistar rats were randomized to receive either a T10-compression/contusion SCI with additional implantation of a micropump for i.t.-delivery of SP or Placebo for up to 7 days, or a laminectomy only (Sham) Neurological function was assessed 1, 3 and 7 days after SCI as well as weekly thereafter (CatWalk gait analysis, BBB openfield score and Gridwalk test). Animals were perfused at different timepoints (3, 7 and 28 days after SCI). After tissue preparation, immunofluorescence analysis was performed to assess the influence of SP on neuroinflammation, and BSCB integrity in the acute phase after tSCI. Furthermore, the wet/dry weight method was used to assess spinal cord edema. Results between groups were statistically compared (p < 0,05 was considered significant).

Results:

Recovery of neurological function showed an association with the i.t. SP-treatment: BBB scores were clearly higher in SP animals compared to Placebo animals and stepping errors in the Gridwalk test as well as gait parameters in the CatWalk gait analysis trended towards better outcomes with the administration of SP. Nevertheless, the i.t. administration of SP directly after tSCI did not strongly reduce neuroinflammation or increase BSCB-integrity compared to Placebo animals on a histological level. Accordingly, spinal cord edema, measured with the wet/dry weight method was only slightly reduced in the SP group compared to the Placebo group.

Conclusion:

We present findings on the association of the SP pathway with neuroinflammation, BSCB integrity, spinal cord edema as well as functional recovery after tSCI in rats. Whether activation or rather blockage of this pathway might exert neuroprotective effects and might thus be useful for further preclinical studies will be discussed.