人胚海马神经干细胞体外培养及分化研究

目的 研究人胚胎海马神经干细胞体外长期培养的条件和其在自主分化条件下的分化能力和分化特点。方法 从人胚胎海马分离神经干细胞。采用无血清培养法，进行体外培养、扩增，形成神经球。使神经球贴壁分化，分化培养基不含有任何细胞有丝分裂促进剂。使用5-溴脱氧尿嘧啶核苷(BrdU)标记分裂增生的细胞，观察细胞的分裂增殖情况。使用免疫细胞化学法鉴定神经干细胞及其在不加诱导剂下的自主分化能力。结果 从人胚胎海马分离的神经干细胞具有增殖能力，细胞倍增时间为3．2d。BrdU检测有正在分裂、增殖的细胞。细胞贴壁分化后可以出现Nestin、GFAP、Tuj-1表达阳性的细胞。神经干细胞共培养6个月，传代14代。结论 分离培养的海马神经干细胞具有自我更新和增殖能力，可以长期培养。在不加任何诱导剂的自主分化条件下可以向神经元、胶质细胞分化。少突胶质细胞的培养需要不同的培养条件。分离培养的干细胞具有神经干细胞的特征。可用于基础和临床的相关研究。     

人胚神经干细胞植入大鼠脑梗死区后的存活和分化

背景：神经干细胞移植可明显改善受损的神经功能,但在体内外多种因素的影响下,移植的神经干细胞其分化数量和分化方向受到限制。 目的：观察人胚神经干细胞植入大鼠脑梗死区后的存活、迁移和分化情况。 设计、时间及地点：细胞学体内观察,于2007-04/2008-04在泸州医学院附属医院分子生物实验室完成。 材料：SD雌性大鼠30只,由中国医学科学院实验动物研究提供。流产胎儿由泸州医学院附属医院妇产科提供。 方法：取流产胎儿大脑皮质,剪碎后消化离心,过滤后取沉淀细胞重新悬浮,加入含成纤维细胞生长因子、表皮细胞生长因子、白血病抑制因子的DMEM/F12培养基,体外培养获得人胚神经干细胞。30只大鼠通过结扎颈外动脉建立脑梗死模型,行走时向右侧转圈者为成功模型,剔除5只无上述明显症状的失败模型鼠。于造模后24 h,以前囟尾侧0.8 mm,中线右外侧1.2 mm为注射点,每只大鼠移植行BrdU标记的1×109 L-1人胚神经干细胞悬液10 μL,深度为硬脑膜下3.0~3.2 mm。 主要观察指标：免疫组织化学及免疫荧光染色观察植入的人胚神经干细胞在脑梗死区的存活、迁移和分化状态。 结果：人胚神经干细胞体外培养48 h后聚集成球悬浮生长,传三四代后加入血清诱导可见巢蛋白免疫荧光染色呈阳性,发出绿色荧光并聚集成球。BrdU阳性细胞为椭圆形棕褐色,移植后第2,4周均可见其在脑梗死区存活并向周围迁移,且第4周时迁移的范围更广。移植后2周,皮质颗粒层和皮质下均见较多的BrdU阳性细胞,且BrdU/微管相关蛋白2双阳性细胞多于BrdU/胶质纤维酸性蛋白双阳性细胞;移植后4周脑梗死区BrdU阳性细胞数明显减少,主要存在于脉络丛和微血管中,且BrdU/胶质纤维酸性蛋白双阳性细胞多于BrdU/微管相关蛋白2双阳性细胞。 结论：人胚神经干细胞能存活于脑梗死的环境中,并逐渐分化成神经元或星形胶质细胞。移植后期脑实质内存活的神经干细胞明显减少,大量迁移到侧脑室脉络丛和脑表面微血管内,被内皮吞噬系统消化。     

人胚胎干细胞神经分化过程中VEGF作用机制的研究

目的观察血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)对人胚胎干细胞分化为神经元的促进作用是否与Notch信号通路有关。方法人胚胎干细胞经拟胚体向神经元分化,并分为3组:A组为常规诱导组;B组为常规诱导+VEGF(10ng/ml)作用组;C组为常规诱导+γ-分泌酶抑制剂预处理+VEGF(10ng/ml)作用组。用免疫荧光法检测及计算各组不同阶段细胞阳性率,半定量RT-PCR观察各组神经干细胞Hes1 mRNA表达,MTT法检测3组神经干细胞增殖速率。结果免疫荧光法检测显示,B组产生神经干细胞的阳性率明显高于A、C两组,差异有统计学意义(P0.01),A、C两组之间无显著性差异(P0.05);B、C两组进一步分化为神经元的阳性率均明显高于A组,差异有统计学意义(P0.01),B、C两组之间无显著性差异(P0.05);半定量RT-PCR观察显示B组神经干细胞Hes1 mRNA表达明显高于A、C两组;MTT法检测与半定量RT-PCR结果相似。结论人胚胎干细胞体外分化过程中血管内皮生长因子通过激活Notch信号通路,促进神经干细胞增殖,而VEGF在神经干细胞向神经元分化中的作用与Notch通路无关。     

人胚神经干细胞的体外培养和超微结构观察

目的观察体外分离培养的人胚脑神经干细胞的生物学行为和超微结构特征。方法利用无血清培养和单细胞克隆技术从人胚脑组织中分离培养神经干细胞并用血清诱导其分化,应用免疫荧光细胞化学技术对培养细胞及其分化细胞进行鉴定,并分别用扫描电镜和透射电镜观察其超微结构。结果从人胚脑组织分离的细胞群呈悬浮球状生长,具有连续增殖的能力,并可分化为神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞。扫描电镜发现神经干细胞球中的细胞之间连接较为松散,无紧密连接结构;透射电镜发现神经干细胞的胞核巨大,胞浆少,核浆比例较大,胞浆内细胞器简单,以核糖体和内质网居多。结论神经干细胞具有自我更新能力和多向分化潜能,其超微结构显示早期原始幼稚细胞的发育特征。本研究为进一步的神经干细胞基础研究和临床应用奠定了基础。     

小鼠胚胎干细胞体外向神经干细胞的分化研究

目的观察无血清培养法诱导小鼠胚胎干细胞(Embryome stem cell,ESCs)ESCs体外分化为神经干细胞(Neural stem cell,NSCs)的诱导效率.方法采用无血清培养法诱导小鼠ESCs体外分化为NSCs,对诱导不同时间点的细胞行免疫荧光,RT-PCR检测nestin的表达.结果诱导48 h开始出现nestinmRNA的表达,诱导72 h出现nestin蛋白表达.诱导120 h nestin的表达达高峰,阳性细胞率为(70.3±8.02)%.Nestin阳性细胞呈球形生长,可不断增殖.结论本诱导方法可获得较高纯度的NSCs,所获得的神经干细胞与脑内来源的NSCs有相似的生物学特性.     

人胚神经干细胞及人脐血干细胞移植治疗大鼠脑缺血的实验研究

目的 研究人胚神经干细胞（hNSCs）、人脐血干细胞（hUCBCs）移植治疗脑缺血大鼠的效果及其在缺血大鼠脑内的增殖、分化状况,并对两种干细胞移植的效果进行比较。方法 从自然流产的孕10～13周的人胚脑组织中分离、培养hNSCs;采集足月新生儿脐带血60～100ml,分离出其中的单个核细胞;移植前hNSCs、hUCBCs均经5–溴脱氧嘧啶尿苷（Brdu）标记48h。采用线栓法制作大鼠脑缺血模型,1d后经尾静脉移植未分化的hNSCs、hUCBCs入脑缺血大鼠体内,对移植后大鼠进行神经损害严重程度评分（NSS）,用免疫组化方法观察移植后hNSCs、hUCBCs的存活、迁移、分化状况。结果 从人胚脑中成功培养出hNSCs,培养条件下呈悬浮状态生长,形成神经球;hUCBCs在体外具有增殖能力。两移植组大鼠均自移植后21d起其NSS显著低于对照组（P<0.05）,两移植组移植前及移植后各时间点NSS分别比较未发现显著性差异（P>0.05）;移植后14、21、28、35d脑组织切片中均可见Brdu染色阳性细胞,缺血侧明显多于对侧（P<0.05）,移植后21、28、35d明显多于移植后14d（P<0.05）;hNSCs组Brdu染色阳性细胞数多于hUCBCs组（P<0.05）;移植组各时间点脑组织切片中均可见nestin染色阳性细胞;在Brdu阳性细胞群中,hNSCs组73.8%为胶质纤维酸性蛋白（GFAP）染色阳性细胞,16.7%为2,3–环核苷酸磷酸二脂酶（CNPase）染色阳性 细胞,9.5%为神经元特异性烯醇化酶（NSE）染色阳性细胞;hUCBCs移植组74.5%为GFAP染色阳性细胞,15.4%为CNPase染色阳性细胞,10.1%为NSE染色阳性细胞;两组比较差异无显著性（P>0.05）。结论 hNSCs、hUCBCs均具有多分化潜能,受缺血部位微环境信号的影响分化成3种主要类型的神经细胞;静脉移植hNSCs、hUCBCs能有效改善脑梗死动物的神经功能;除了hNSCs外,hUCBCs移植也是治疗缺血性脑血管病的一种可能手段。     

人胚神经干细胞植入脑出血大鼠的存活和分化状态

背景: 研究证实外源性神经干细胞能修复神经,促进脑出血后神经功能障碍的恢复。然而,脑出血后局部内环境对移植神经干细胞存活分化的影响是一个复杂多变的过程。 目的：观察人胚神经干细胞植入脑出血大鼠脑内的存活和分化状态。 设计、时间及地点：免疫组织化学水平的开放性实验,于2007-05/2008-04在泸州医学院附属医院分子生物实验室完成。 材料：纳入40只SD雌性大鼠,由中国医学科学院实验动物研究所提供;8周龄流产胚胎大脑由德阳市人民医院医院妇产科提供。 方法：取8周龄流产人胚胎大脑皮质细胞,体外培养获得人胚神经干细胞。通过注射自体动脉血到尾状核制作大鼠脑出血模型,出血后2 d将标有5’-溴脱氧尿嘧啶的人胚神经干细胞悬液移植到血肿腔周围的4点,1,2周后处死大鼠,相邻脑组织切片行5’-溴脱氧尿嘧啶/微管相关蛋白2和5’-溴脱氧尿嘧啶/胶质纤维酸性蛋白免疫组织化学双染。 主要观察指标：应用免疫组织化学及免疫荧光染色方法观察移植入脑出血大鼠脑内的人胚神经干细胞存活、分化状态和迁徙情况。 结果：5’-溴脱氧尿嘧啶阳性细胞为椭圆形棕褐色,移植后1周及2 周均可见其存活并向周围迁移,且移植后2周迁移的范围广。移植后1周,脑组织切片见5’-溴脱氧尿嘧啶/微管相关蛋白2和5’-溴脱氧尿嘧啶/胶质纤维酸性蛋白双阳性细胞,且5’ -溴脱氧尿嘧啶/微管相关蛋白2双阳性细胞多于5’ -溴脱氧尿嘧啶/胶质纤维酸性蛋白双阳性细胞。移植后2周,5’-溴脱氧尿嘧啶阳性细胞数明显减少,在脉络丛和微血管中可见,且5’-溴脱氧尿嘧啶/胶质纤维酸性蛋白双阳性细胞多于5’ -溴脱氧尿嘧啶/微管相关蛋白2双阳性细胞。 结论：人胚神经干细胞移植入脑出血大鼠脑内能够存活,移植后逐渐分化为神经细胞和星形胶质细胞。     

VEGF在人胚胎干细胞向神经元分化中作用的研究

目的观察血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor,VEGF）在人胚胎干细胞分化为神经元过程中是否发挥作用及相关机制。方法人胚胎干细胞经拟胚体向神经元分化,分为3组：A组为常规诱导组,B组为常规诱导＋VEGF（10ng／mL）作用组,C组为常规诱导＋VEGF（10ng／mL）＋VEGFR2／Fc嵌合体（10ng／mL）作用组;用RT-PCR、免疫荧光法检测各阶段细胞标志物,计算并用流式细胞仪检测各组不同阶段细胞阳性率。结果用RT-PCR分别检测到OCT4、Nestin、MAP2表达;免疫荧光法检测显示B组产生神经干细胞、分化为神经元的阳性率明显高于A、C两组,差异有统计学意义（P〈0．01）,A、C两组之间无显著性差异（P〉0．05）;流式细胞仪检测与免疫荧光法相似。结论人胚胎干细胞体外分化过程中血管内皮生长因子通过血管内皮生长因子受体2来促进神经干细胞增殖及向神经元分化。     

人胚胎干细胞神经分化中VEGF作用的分子机制研究

目的 观察血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)对人胚胎干细胞分化为神经元的促进作用是否与p38MAPK信号通路相关.方法 人胚胎干细胞经拟胚体向神经元分化,分为3组:A组:常规诱导组;B组:常规诱导+VEGF(10 ng/mL)作用组;C组:常规诱导+p38...     

人胚神经干细胞移植治疗大鼠脑缺血的实验研究

目的　研究人胚神经干细胞(hNSCs)移植治疗脑缺血大鼠的效果及其在缺血大鼠脑内的状况。方法　从自然流产的孕10~13周的人胚脑组织中分离、培养神经干细胞。采用线栓法制作大鼠脑缺血模型,1d后经尾静脉移植未分化的hNSCs入脑缺血大鼠体内,对移植后大鼠进行神经损害严重程度评分(NSS),用免疫组化方法观察移植后hNSCs的存活、迁徙、分化状况。结果　从人胎脑中成功培养出hNSCs,培养条件下呈悬浮状态生长,形成神经球,绝大多数的细胞表达神经干细胞的标记物神经巢蛋白(nestin)。hNSCs移植组大鼠自移植后3周末起其NSS显著低于对照组(P<0 .05);移植后2、3、4、5周脑组织切片中均可见5 溴脱氧嘧啶尿苷(Brdu)染色阳性细胞,缺血侧明显多于对侧(P<0 .05),移植后3、4、5周末明显多于移植后2周(均P<0 .05);移植组各时间点脑组织切片中均可见nestin染色阳性细胞;在Brdu阳性细胞群中, 73 8%为胶质纤维酸性蛋白(GFAP)染色阳性的星形胶质细胞, 16 7%为2, 3 环核苷酸磷酸二脂酶(CNPase)染色阳性的少突胶质细胞, 9 5%为神经元特异性烯醇化酶(NSE)染色阳性的神经元。结论　经静脉移植hNSCs能有效改善脑梗死动物的神经功能,hNSCs体内体外均具有多向分化潜能,受缺血部位微环境信号的影响分化成3种主要类型的神经细胞。     

人类神经干细胞的长期培养和传代

目的 探讨人类神经干细胞的体外培养条件及其传代的方法。方法 采用机械方法从胎脑中分离神经细胞，应用N2培养基进行培养，bFGF和EGF刺激细胞扩增；传统方法和对神经球切割的方法进行传代培养；应用免疫组织化学染色对培养的细胞及其分化的细胞进行鉴定。结果 从胎脑当中成功培养出人类的神经干细胞，培养条件下呈悬浮状态生长，形成神经球，绝大多数的细胞表达波形蛋白和Musashil两种神经干细胞的标志物；这种细胞可分化为神经元和星型胶质细胞，早期的培养有少量的少突胶质细胞；在这种培养条件下，神经干细胞生长速度较慢，而采用切割神经球的方法保持了细胞间的，神经干细胞可获得较大的扩增速度。结论 在体外的培养条件下，可从胎脑组织中培养出神经干细胞，它可做为中枢神经系统疾病移植治疗的潜在细胞来源。     

大鼠胎脑皮质神经干细胞体外培养及诱导分化的实验研究

目的 从孕龄15d SD胚胎鼠脑皮质中分离并培养神经干细胞（neural stem cells。NSCs），观察其生长、增殖及分化。方法 采用包含碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）和表皮细胞生长因子（EGF）的无血清培养及单细胞克隆技术，对胚胎鼠脑皮质神经干细胞进行原代、传代培养及诱导其分化。用Nestin染色鉴定神经干细胞特性，用免疫组化方法（β-Ⅲ-tubulin、GFAP染色）检测神经干细胞分化为神经元及神经胶质细胞状况。结果 从孕龄15dSD胚胎鼠脑皮质中分离的组织，经原代及传代培养均可形成细胞克隆．切具有增殖能力。原代及传代培养细胞呈Nestin（神经上皮干细胞蛋白）表达阳性．诱导分化后的细胞表达神经元细胞、星形胶质细胞的特异性抗原。结论 本实验分离、培养的孕龄15dSD胚胎鼠脑皮质细胞Nestin表达阳性．分化后表达神经元和星形胶质细胞的标记物，是大鼠的神经干细胞，并具有多向分化潜能。     

Time-sensitive effects of hypoxia on differentiation of neural stem cells derived from mouse embryonic stem cells in vitro

Abstract

Objectives:

Oxygen tension is an important component of microenvironment for the differentiation of embryonic stem cells including neural lineage. However, the comprehensive influence of hypoxia on neural differentiation during embryonic neural development has not yet been examined.

Methods:

In this study, we investigated the effect of low oxygen levels (5% O₂), or hypoxia, in two stages of neural differentiation in vitro: (1) inducing mouse embryonic stem cells into neural stem cells (NSCs); and then (2) inducing NSCs into neural progenitor cells in neurospheres.

Results:

In the first stage, NSCs generation was reduced under hypoxia. Less mature morphological changes (including neural marker) of NSCs were observed, suggesting the prevention of early differentiation under hypoxic conditions. Thus undifferentiated stem cells were maintained in this stage. However, in the second stage, hypoxia induced neural differentiation in neurospheres. Nevertheless, non-neural progenitor cell formation, such as mesoderm progenitor cell lines or epithelial cell lines, was restricted by low oxygen tension.

Discussions:

Our results demonstrate that hypoxia is essential for regulating neural differentiation and show the different effects on NSC differentiation dependent on the time-course of NSC development. In the early stage of NSCs induction, hypoxia inhibits neural differentiation and maintains the undifferentiated state; in the later stage of NSCs induction, hypoxia induces neural differentiation. Our study may contribute to the development of new insights for expansion and control of neural differentiation.     

大鼠雪旺氏细胞支持人胚胎神经干细胞的生长并诱导其分化

目的 探讨大鼠雪旺氏细胞对人胚胎神经干细胞生长和分化的作用。方法 实验分为三组：组一：干细胞生长于培养雪旺氏细胞1天后的培养液中；组二：干细胞与雪旺氏细胞共培养；组三：干细胞生长于DMEM／F12培养液中，观察干细胞的形态学变化和免疫荧光的.组一的神经球分化生长，绝大多数细胞tubulin-β阳性，少数为GalC或GFAP阳性；组二中，在雪旺氏细胞生长密集和稀少的地方，干细胞分别表明为不分化和明显分化两种状态；组三的神经干细胞无法正常生长。结论 大鼠雪旺氏细胞分泌物支持人胚胎神经干细胞的生长并诱导其分化。     

体外三步法诱导胚胎干细胞定向生成神经干细胞的实验研究

目的 探讨体外定向诱导胚胎干细胞(embryonic stem cells，ESCs)生成高纯度神经干细胞(neural stem cells，NSCs)的方法。方法 模拟体内神经细胞分化发育的不同阶段及微环境，以脑星形胶质细胞为支持细胞，用全反式维甲酸(All-trans retinoic acid，ATRA)等分三阶段诱导ESCs定向生成NSCs。形态学观察及畸胎瘤形成试验对ESCs的全能性进行鉴定；形态学观察结合免疫组织化学、流式细胞术和RT-PCR检测胚胎干细胞标志OCT-4和神经干细胞标志Nestin蛋白和(或)基因表达对诱导全过程进行动态监测；NSCs分化试验对所诱导的NSCs的分化潜能进行检测。结果(1)体外培养的小鼠ESC-D3细胞在胚胎成纤维饲养层细胞上连续传代培养，仍保持向三胚层分化的能力；(2)随着诱导的进行，OCT-4表达逐渐减弱并消失，而Nestin表达逐渐增强，经三步法最终可诱导形成纯度高达90％以上的Nestin阳性细胞；(3)所诱导生成的细胞在NSCs选择性培养基中反复传代，仍表现为Nestin阳性和具有生成神经球的能力，在含血清培养基中可进一步分化为神经元、星形神经胶质细胞和少突胶质细胞。结论采用星形胶质细胞作为诱导基质，模拟体内神经分化过程的三步诱导法，可诱导ESCs生成较高纯度的NSCs，并能较好维持其干细胞特性和具有进一步分化的能力。     

人胚神经干细胞定向诱导分化为多巴胺能神经元的实验研究

目的　建立神经干细胞与骨髓基质细胞的共培养系统,根据该系统的条件性培养液诱导多巴胺能神经元的分化。方法　来源于胎脑海马、纹状体、额叶、中脑的神经干细胞与骨髓基质细胞建立起各自的共培养系统,并根据数种条件性培养液诱导神经干细胞的分化,以免疫细胞化学检测神经元的总体分化率及多巴胺能神经元的诱导率。结果　骨髓基质细胞及CO-BMSC能显著提高不同来源的神经干细胞的神经元分化率,同时只有中脑神经干细胞能被有效地进行多巴胺能神经元的诱导。结论 共培养系统诱发了神经干细胞与骨髓基质细胞的自/旁分泌作用,该作用可根据神经干细胞的区域特异性有效的定向诱导中脑神经干细胞的分化。     

不同来源成体神经干细胞神经生物学特性比较的实验研究

目的 比较和评价来源于同一SD大鼠成体骨髓、脂肪和大脑的神经干细胞在体外自我更新、向神经元或神经胶质细胞分化的能力,对比三者体外分泌神经营养因子的能力,进一步评估和对比它们在移植修复中枢神经系统损伤的潜能.方法 选取来源于同一SD大鼠成体脑室下区、骨髓和脂肪3个部位的组织,体外分别诱导分化为脑室下区源性神经干细胞(SVZ-NSCs)、骨髓源性神经干细胞(BM-NSCs)和脂肪源性神经干细胞(AD-NSCs),比较三者的自我更新和分化情况;免疫细胞化学方法 、Western blot检测巢蛋白(nestin)、β-微管蛋白(β-tubulin)、GFAP和半乳糖脑苷脂(GalC)4种细胞表面标记物的表达:ELISA法定量检测体外培养3种组织来源的神经干细胞的BDNF和NGF的分泌水平.结果 3种组织来源基质细胞形成的神经球从外形观察无明显差异;体外扩增率由高到低依次为SVZ-NSCs、BM-NSCs和AD-NSCs.ELISA检测结果 表明3组细胞都能检测出BDNF和NGF分泌,但BM-NSCs组和AD-NSCs组明显低于SVZ-NSCs组,差异均有统计学意义(P<0.05);AD-NSCs组BDNF和NGF的水平均稍高于BM-NSCs组. 结论 在增殖能力、向神经细胞终极分化的能力和分泌神经营养因子的能力等方面,BM-NSCs和AD-NSCs均稍逊于中枢神经组织来源的SVZ-NSCs,但由于其具有可来源于自体、无免疫排斥和伦理道德问题等优点,可超越SVZ-NSCs成为目前最有临床应用前景的移植用种子细胞.AD-NSCs来源更为丰富,取材更为简便,也更容易被患者接受,可能是更好的选择.     

胚胎小鼠脊髓源性与纹状体源性神经干细胞的培养及分化特点

目的 探讨小鼠脊髓源性神经干细胞与纹状体源性神经干细胞的分离培养方法 及增殖特点,比较两种来源的神经干细胞发育时期上的异同,寻找更有利于脊髓损伤修复的种子细胞.方法 利用显微解剖、无血清培养和单细胞克隆技术在孕14 d小鼠的胎鼠的脊髓及纹状体中分离培养具有单细胞克隆能力的细胞,免疫荧光染色检测克隆细胞的神经巢蛋白(nestin)抗原和诱导分化后特异性成熟神经细胞抗原的表达,并比较两种来源的干细胞在培养及分化方向上的异同点.结果从胎鼠的脊髓和纹状体中成功分离出神经干细胞.两种来源的干细胞均具有连续克隆能力可传代培养,表达nestin.脊髓血清诱导分化后脊髓源性神经干细胞β-tubulinⅢ阳性细胞(13.5±0.8)较纹状体源性神经干细胞(17.4±1.1)减少,而nestin、GFAP阳性细胞明显增多(45.7±0.3vs 39.2±1.2;25.2±1.3 vs 18.8±0.9),差异均有统计学意义(P<0.05). 结论 依据细胞增殖特点和分化结果的区别,证实纹状体源性神经干细胞更适合用于移植修复脊髓损伤.     

Transplantation of primed human fetal neural stem cells improves cognitive function in rats after traumatic brain injury

Traumatic brain injury (TBI) often produces cognitive impairments by primary or secondary neuronal loss. Stem cells are a potential tool to treat TBI. However, most previous studies using rodent stem or progenitor cells failed to correlate cell grafting and cognitive improvement. Furthermore, the efficacy of fetal human neural stem cells (hNSCs) for ameliorating TBI cognitive dysfunction is undetermined. This study therefore characterized phenotypic differentiation, neurotrophic factor expression and release and functional outcome of grafting hNSCs into TBI rat brains. Adult Sprague-Dawley rats underwent a moderate parasagittal fluid percussion TBI followed by ipsilateral hippocampal transplantation of hNSCs or vehicle 1 day post-injury. Prior to grafting, hNSCs were treated in vitro for 7 days with our previously developed priming procedure. Significant spatial learning and memory improvements were detected by the Morris water maze (MWM) test in rats 10 days after receiving hNSC grafts. Morphological analyses revealed that hNSCs survived and differentiated mainly into neurons in the injured hippocampus at 2 weeks after grafting. Furthermore, hNSCs expressed and released glial-cell-line-derived neurotrophic factor (GDNF) in vitro and when grafted in vivo, as detected by RT-PCR, immunostaining, microdialysis and ELISA. This is the first direct demonstration of the release of a neurotrophic factor in conjunction with stem cell grafting. In conclusion, human fetal neural stem cell grafts improved cognitive function of rats with acute TBI. Grafted cells survived and differentiated into neurons and expressed and released GNDF in vivo, which may help protect host cells from secondary damage and aid host regeneration.