Initiation and progression of ossification of the posterior longitudinal ligament of the cervical spine in the hereditary spinal hyperostotic mouse (twy/twy)

Ossification of the posterior longitudinal ligament (OPLL) is a significantly critical pathology that can eventually cause serious myelopathy. Ossification commences in the vertebral posterior longitudinal ligaments, and intensifies and spreads with the progression of the disease, resulting in osseous projections and compression of the spinal cord. However, the paucity of histological studies the underlying mechanisms of calcification and ossification processes remain obscure. The pathological process could be simulated in the ossifying process of the ligament in mutant spinal hyperostotic mouse (twy/twy). The aim of this study is to observe that enlargement of the nucleus pulposus followed by herniation, disruption and regenerative proliferation of annulus fibrosus cartilaginous tissues participated in the initiation of ossification of the posterior longitudinal ligament of twy/twy mice.

Neurophysiological evaluation of convergent afferents innervating the human esophagus and area of referred pain on the anterior chest wall

Noxious stimuli in the esophagus cause pain that is referred to the anterior chest wall because of convergence of visceral and somatic afferents within the spinal cord. We sought to characterize the neurophysiological responses of these convergent spinal pain pathways in humans by studying 12 healthy subjects over three visits (V1, V2, and V3). Esophageal pain thresholds (Eso-PT) were assessed by electrical stimulation and anterior chest wall pain thresholds (ACW-PT) by use of a contact heat thermode. Esophageal evoked potentials (EEP) were recorded from the vertex following 200 electrical stimuli, and anterior chest wall evoked potentials (ACWEP) were recorded following 40 heat pulses. The fear of pain questionnaire (FPQ) was administered on V1. Statistical data are shown as point estimates of difference +/- 95% confidence interval. Pain thresholds increased between V1 and V3 [Eso-PT: V1-V3 = -17.9 mA (-27.9, -7.9) P < 0.001; ACW-PT: V1-V3 = -3.38 degrees C (-5.33, -1.42) P = 0.001]. The morphology of cortical responses from both sites was consistent and equivalent [P1, N1, P2, N2 complex, where P1 and P2 are is the first and second positive (downward) components of the CEP waveform, respectively, and N1 and N2 are the first and second negative (upward) components, respectively], indicating activation of similar cortical networks. For EEP, N1 and P2 latencies decreased between V1 and V3 [N1: V1-V3 = 13.7 (1.8, 25.4) P = 0.02; P2: V1-V3 = 32.5 (11.7, 53.2) P = 0.003], whereas amplitudes did not differ. For ACWEP, P2 latency increased between V1 and V3 [-35.9 (-60, -11.8) P = 0.005] and amplitudes decreased [P1-N1: V1-V3 = 5.4 (2.4, 8.4) P = 0.01; P2-N2: 6.8 (3.4, 10.3) P < 0.001]. The mean P1 latency of EEP over three visits was 126.6 ms and that of ACWEP was 101.6 ms, reflecting afferent transmission via Adelta fibers. There was a significant negative correlation between FPQ scores and Eso-PT on V1 (r = -0.57, P = 0.05). These data provide the first neurophysiological evidence of convergent esophageal and somatic pain pathways in humans.

Spinal motor neurite outgrowth over glial scar inhibitors is enhanced by coculture with bone marrow stromal cells

Background context Transplantation of bone marrow cells into spinal cord lesions promotes functional recovery in animal models, and recent clinical trials suggest possible recovery also in humans. The mechanisms responsible for these improvements are still unclear. Purpose To characterize spinal cord motor neurite interactions with human bone marrow stromal cells (MSCs) in an in vitro model of spinal cord injury (SCI). Study design/setting Previously, we have reported that human MSCs promote the growth of extending sensory neurites from dorsal root ganglia (DRG), in the presence of some of the molecules present in the glial scar, which are attributed with inhibiting axonal regeneration after SCI. We have adapted and optimized this system replacing the DRG with a spinal cord culture to produce a central nervous system (CNS) model, which is more relevant to the SCI situation. Methods We have developed and characterized a novel spinal cord culture system. Human MSCs were cocultured with spinal motor neurites in substrate choice assays containing glial scar-associated inhibitors of nerve growth. In separate experiments, MSC-conditioned media were analyzed and added to spinal motor neurites in substrate choice assays. Results As has been reported previously with DRG, substrate-bound neurocan and Nogo-A repelled spinal neuronal adhesion and neurite outgrowth, but these inhibitory effects were abrogated in MSC/spinal cord cocultures. However, unlike DRG, spinal neuronal bodies and neurites showed no inhibition to substrates of myelin-associated glycoprotein. In addition, the MSC secretome contained numerous neurotrophic factors that stimulated spinal neurite outgrowth, but these were not sufficient stimuli to promote spinal neurite extension over inhibitory concentrations of neurocan or Nogo-A. Conclusions These findings provide novel insight into how MSC transplantation may promote regeneration and functional recovery in animal models of SCI and in the clinic, especially in the chronic situation in which glial scars (and associated neural inhibitors) are well established. In addition, we have confirmed that this CNS model predominantly comprises motor neurons via immunocytochemical characterization. We hope that this model may be used in future research to test various other potential interventions for spinal injury or disease states. © 2014 Elsevier Inc. All rights reserved.

Estimulação transcraniana por corrente contínua (ETCC) sobre o córtex motor na modulação autonômica em pessoas com lesão medular com diferentes graus e níveis de lesão

Introduction: Transcranial Direct Current Stimulation (tDCS) has been used in studies for the treatment of chronic pain, but their effects on the autonomic nervous system (ANS) are non-existent. Therefore, the need for studies is of fundamental importance, as these individuals have autonomic imbalance and the intensity of this is dependent on the degree and level of injury. Objective: We investigated the effect of tDCS on the ANS in people with spinal cord injury (SCI) with different degrees and levels of injury. Methods: Randomized, placebo-controlled, double-blind, applied anodal tDCS or sham on the primary motor cortex (M1), bilaterally. The subjects (lower incomplete injury, n = 7; lower complete injury, n = 9; and high complete thoracic injury, n = 3) visited the laboratory three times and received active or sham tDCS for 13min. The heart rate variability (HRV) was measured before, during and after stimulation and analyzed the variables LF, HF and LF / HF. Results: The tDCS modulated the ANS in different ways among the groups. In individuals with SCI high complete thoracic the tDCS did not change the HRV. However, for individuals with SCI low incomplete, tDCS changed the HRV in order to increase sympathetic (LF, p = 0.046) and reduced parasympathetic (HF, p = 0.046). For individuals SCI low complete to tDCS changed the HRV reduction sympathetic (LF, p = 0.017) and increased parasympathetic (HF, p = 0.017). Conclusions: The present study suggests that anodal tDCS applied on the motor cortex bilaterally could modulate the ANS balance in people with spinal cord injury and that this effect is dependent on the degree and level of injury.

Mechanisms underlying activation of neural stem cells in the adult central nervous system

À la fin du 19e siècle, Dr. Ramón y Cajal, un pionnier scientifique, a découvert les éléments cellulaires individuels, appelés neurones, composant le système nerveux. Il a également remarqué la complexité de ce système et a mentionné l’impossibilité de ces nouveaux neurones à être intégrés dans le système nerveux adulte. Une de ses citations reconnues : “Dans les centres adultes, les chemins nerveux sont fixes, terminés, immuables. Tout doit mourir, rien ne peut être régénérer” est représentative du dogme de l’époque (Ramón y Cajal 1928). D’importantes études effectuées dans les années 1960-1970 suggèrent un point de vue différent. Il a été démontré que les nouveaux neurones peuvent être générés à l’âge adulte, mais cette découverte a créé un scepticisme omniprésent au sein de la communauté scientifique. Il a fallu 30 ans pour que le concept de neurogenèse adulte soit largement accepté. Cette découverte, en plus de nombreuses avancées techniques, a ouvert la porte à de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour les maladies neurodégénératives. Les cellules souches neurales (CSNs) adultes résident principalement dans deux niches du cerveau : la zone sous-ventriculaire des ventricules latéraux et le gyrus dentelé de l’hippocampe. En condition physiologique, le niveau de neurogenèse est relativement élevé dans la zone sous-ventriculaire contrairement à l’hippocampe où certaines étapes sont limitantes. En revanche, la moelle épinière est plutôt définie comme un environnement en quiescence. Une des principales questions qui a été soulevée suite à ces découvertes est : comment peut-on activer les CSNs adultes afin d’augmenter les niveaux de neurogenèse ? Dans l’hippocampe, la capacité de l’environnement enrichi (incluant la stimulation cognitive, l’exercice et les interactions sociales) à promouvoir la neurogenèse hippocampale a déjà été démontrée. La plasticité de cette région est importante, car elle peut jouer un rôle clé dans la récupération de déficits au niveau de la mémoire et l’apprentissage. Dans la moelle épinière, des études effectuées in vitro ont démontré que les cellules épendymaires situées autour du canal central ont des capacités d’auto-renouvellement et de multipotence (neurones, astrocytes, oligodendrocytes). Il est intéressant de noter qu’in vivo, suite à une lésion de la moelle épinière, les cellules épendymaires sont activées, peuvent s’auto-renouveller, mais peuvent seulement ii donner naissance à des cellules de type gliale (astrocytes et oligodendrocytes). Cette nouvelle fonction post-lésion démontre que la plasticité est encore possible dans un environnement en quiescence et peut être exploité afin de développer des stratégies de réparation endogènes dans la moelle épinière. Les CSNs adultes jouent un rôle important dans le maintien des fonctions physiologiques du cerveau sain et dans la réparation neuronale suite à une lésion. Cependant, il y a peu de données sur les mécanismes qui permettent l'activation des CSNs en quiescence permettant de maintenir ces fonctions. L'objectif général est d'élucider les mécanismes sous-jacents à l'activation des CSNs dans le système nerveux central adulte. Pour répondre à cet objectif, nous avons mis en place deux approches complémentaires chez les souris adultes : 1) L'activation des CSNs hippocampales par l'environnement enrichi (EE) et 2) l'activation des CSNs de la moelle épinière par la neuroinflammation suite à une lésion. De plus, 3) afin d’obtenir plus d’information sur les mécanismes moléculaires de ces modèles, nous utiliserons des approches transcriptomiques afin d’ouvrir de nouvelles perspectives. Le premier projet consiste à établir de nouveaux mécanismes cellulaires et moléculaires à travers lesquels l’environnement enrichi module la plasticité du cerveau adulte. Nous avons tout d’abord évalué la contribution de chacune des composantes de l’environnement enrichi à la neurogenèse hippocampale (Chapitre II). L’exercice volontaire promeut la neurogenèse, tandis que le contexte social augmente l’activation neuronale. Par la suite, nous avons déterminé l’effet de ces composantes sur les performances comportementales et sur le transcriptome à l’aide d’un labyrinthe radial à huit bras afin d’évaluer la mémoire spatiale et un test de reconnaissante d’objets nouveaux ainsi qu’un RNA-Seq, respectivement (Chapitre III). Les coureurs ont démontré une mémoire spatiale de rappel à court-terme plus forte, tandis que les souris exposées aux interactions sociales ont eu une plus grande flexibilité cognitive à abandonner leurs anciens souvenirs. Étonnamment, l’analyse du RNA-Seq a permis d’identifier des différences claires dans l’expression des transcripts entre les coureurs de courte et longue distance, en plus des souris sociales (dans l’environnement complexe). iii Le second projet consiste à découvrir comment les cellules épendymaires acquièrent les propriétés des CSNs in vitro ou la multipotence suite aux lésions in vivo (Chapitre IV). Une analyse du RNA-Seq a révélé que le transforming growth factor-β1 (TGF-β1) agit comme un régulateur, en amont des changements significatifs suite à une lésion de la moelle épinière. Nous avons alors confirmé la présence de cette cytokine suite à la lésion et caractérisé son rôle sur la prolifération, différentiation, et survie des cellules initiatrices de neurosphères de la moelle épinière. Nos résultats suggèrent que TGF-β1 régule l’acquisition et l’expression des propriétés de cellules souches sur les cellules épendymaires provenant de la moelle épinière.

Restoring function after neuromuscular trauma: novel paradigms for enhancing volitional control of neural activity in untethered environments and vHAB, a gamified therapy platform

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-08

Rôle de DSCAM dans le développement normal du cortex moteur et de la voie corticospinale

DSCAM est exprimé dans le cortex lors du développement et sa mutation altère l’arborisation dendritique des neurones pyramidaux du cortex moteur. Considérant que les souris DSCAM2J possèdent des problèmes posturaux et locomoteurs, nous émettons l’hypothèse que DSCAM est impliqué dans le fonctionnement normal du cortex moteur et de la voie corticospinale. Comparées aux souris contrôles, les souris DSCAM2J vont présenter des problèmes moteurs à basse vitesse et enjamber un obstacle presque normalement à vitesse intermédiaire. Le traçage antérograde de la voie corticospinale révèle un patron d’innervation normal dans le tronc cérébrale et la moelle épinière. Des microstimulations intracorticale du cortex moteur évoque des réponses électromyographiques dans les membres à un seuil et une latence plus élevé. Par contre, une stimulation de la voie corticospinale dans la médulla évoque des réponses électromyographies à un seuil et une latence similaire entre les deux groupes, suggérant une réduction de l’excitabilité du cortex moteur.

Técnicas fisioterapêuticas utilizadas para tratar a espasticidade em indivíduos paraplégicos com lesão medular: uma revisão de literatura

Mestrado em Fisioterapia

Neurorehabilitation of hand functions using brain computer interface

Introduction: Brain computer interface (BCI) is a promising new technology with possible application in neurorehabilitation after spinal cord injury. Movement imagination or attempted movement-based BCI coupled with functional electrical stimulation (FES) enables the simultaneous activation of the motor cortices and the muscles they control. When using the BCI- coupled with FES (known as BCI-FES), the subject activates the motor cortex using attempted movement or movement imagination of a limb. The BCI system detects the motor cortex activation and activates the FES attached to the muscles of the limb the subject is attempting or imaging to move. In this way the afferent and the efferent pathways of the nervous system are simultaneously activated. This simultaneous activation encourages Hebbian type learning which could be beneficial in functional rehabilitation after spinal cord injury (SCI). The FES is already in use in several SCI rehabilitation units but there is currently not enough clinical evidence to support the use of BCI-FES for rehabilitation. Aims: The main aim of this thesis is to assess outcomes in sub-acute tetraplegic patients using BCI-FES for functional hand rehabilitation. In addition, the thesis explores different methods for assessing neurological rehabilitation especially after BCI-FES therapy. The thesis also investigated mental rotation as a possible rehabilitation method in SCI. Methods: Following investigation into applicable methods that can be used to implement rehabilitative BCI, a BCI based on attempted movement was built. Further, the BCI was used to build a BCI-FES system. The BCI-FES system was used to deliver therapy to seven sub-acute tetraplegic patients who were scheduled to receive the therapy over a total period of 20 working days. These seven patients are in a 'BCI-FES' group. Five more patients were also recruited and offered equivalent FES quantity without the BCI. These further five patients are in a 'FES-only' group. Neurological and functional measures were investigated and used to assess both patient groups before and after therapy. Results: The results of the two groups of patients were compared. The patients in the BCI-FES group had better improvements. These improvements were found with outcome measures assessing neurological changes. The neurological changes following the use of the BCI-FES showed that during movement attempt, the activation of the motor cortex areas of the SCI patients became closer to the activation found in healthy individuals. The intensity of the activation and its spatial localisation both improved suggesting desirable cortical reorganisation. Furthermore, the responses of the somatosensory cortex during sensory stimulation were of clear evidence of better improvement in patients who used the BCI-FES. Missing somatosensory evoked potential peaks returned more for the BCI-FES group while there was no overall change in the FES-only group. Although the BCI-FES group had better neurological improvement, they did not show better functional improvement than the FES-only group. This was attributed mainly to the short duration of the study where therapies were only delivered for 20 working days. Conclusions: The results obtained from this study have shown that BCI-FES may induce cortical changes in the desired direction at least faster than FES alone. The observation of better improvement in the patients who used the BCI-FES is a good result in neurorehabilitation and it shows the potential of thought-controlled FES as a neurorehabilitation tool. These results back other studies that have shown the potential of BCI-FES in rehabilitation following neurological injuries that lead to movement impairment. Although the results are promising, further studies are necessary given the small number of subjects in the current study.

NFL-lipid nanocapsules for brain neural stem cell targeting in vitro and in vivo

International audience

Mechanisms underlying activation of neural stem cells in the adult central nervous system

À la fin du 19e siècle, Dr. Ramón y Cajal, un pionnier scientifique, a découvert les éléments cellulaires individuels, appelés neurones, composant le système nerveux. Il a également remarqué la complexité de ce système et a mentionné l’impossibilité de ces nouveaux neurones à être intégrés dans le système nerveux adulte. Une de ses citations reconnues : “Dans les centres adultes, les chemins nerveux sont fixes, terminés, immuables. Tout doit mourir, rien ne peut être régénérer” est représentative du dogme de l’époque (Ramón y Cajal 1928). D’importantes études effectuées dans les années 1960-1970 suggèrent un point de vue différent. Il a été démontré que les nouveaux neurones peuvent être générés à l’âge adulte, mais cette découverte a créé un scepticisme omniprésent au sein de la communauté scientifique. Il a fallu 30 ans pour que le concept de neurogenèse adulte soit largement accepté. Cette découverte, en plus de nombreuses avancées techniques, a ouvert la porte à de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour les maladies neurodégénératives. Les cellules souches neurales (CSNs) adultes résident principalement dans deux niches du cerveau : la zone sous-ventriculaire des ventricules latéraux et le gyrus dentelé de l’hippocampe. En condition physiologique, le niveau de neurogenèse est relativement élevé dans la zone sous-ventriculaire contrairement à l’hippocampe où certaines étapes sont limitantes. En revanche, la moelle épinière est plutôt définie comme un environnement en quiescence. Une des principales questions qui a été soulevée suite à ces découvertes est : comment peut-on activer les CSNs adultes afin d’augmenter les niveaux de neurogenèse ? Dans l’hippocampe, la capacité de l’environnement enrichi (incluant la stimulation cognitive, l’exercice et les interactions sociales) à promouvoir la neurogenèse hippocampale a déjà été démontrée. La plasticité de cette région est importante, car elle peut jouer un rôle clé dans la récupération de déficits au niveau de la mémoire et l’apprentissage. Dans la moelle épinière, des études effectuées in vitro ont démontré que les cellules épendymaires situées autour du canal central ont des capacités d’auto-renouvellement et de multipotence (neurones, astrocytes, oligodendrocytes). Il est intéressant de noter qu’in vivo, suite à une lésion de la moelle épinière, les cellules épendymaires sont activées, peuvent s’auto-renouveller, mais peuvent seulement ii donner naissance à des cellules de type gliale (astrocytes et oligodendrocytes). Cette nouvelle fonction post-lésion démontre que la plasticité est encore possible dans un environnement en quiescence et peut être exploité afin de développer des stratégies de réparation endogènes dans la moelle épinière. Les CSNs adultes jouent un rôle important dans le maintien des fonctions physiologiques du cerveau sain et dans la réparation neuronale suite à une lésion. Cependant, il y a peu de données sur les mécanismes qui permettent l'activation des CSNs en quiescence permettant de maintenir ces fonctions. L'objectif général est d'élucider les mécanismes sous-jacents à l'activation des CSNs dans le système nerveux central adulte. Pour répondre à cet objectif, nous avons mis en place deux approches complémentaires chez les souris adultes : 1) L'activation des CSNs hippocampales par l'environnement enrichi (EE) et 2) l'activation des CSNs de la moelle épinière par la neuroinflammation suite à une lésion. De plus, 3) afin d’obtenir plus d’information sur les mécanismes moléculaires de ces modèles, nous utiliserons des approches transcriptomiques afin d’ouvrir de nouvelles perspectives. Le premier projet consiste à établir de nouveaux mécanismes cellulaires et moléculaires à travers lesquels l’environnement enrichi module la plasticité du cerveau adulte. Nous avons tout d’abord évalué la contribution de chacune des composantes de l’environnement enrichi à la neurogenèse hippocampale (Chapitre II). L’exercice volontaire promeut la neurogenèse, tandis que le contexte social augmente l’activation neuronale. Par la suite, nous avons déterminé l’effet de ces composantes sur les performances comportementales et sur le transcriptome à l’aide d’un labyrinthe radial à huit bras afin d’évaluer la mémoire spatiale et un test de reconnaissante d’objets nouveaux ainsi qu’un RNA-Seq, respectivement (Chapitre III). Les coureurs ont démontré une mémoire spatiale de rappel à court-terme plus forte, tandis que les souris exposées aux interactions sociales ont eu une plus grande flexibilité cognitive à abandonner leurs anciens souvenirs. Étonnamment, l’analyse du RNA-Seq a permis d’identifier des différences claires dans l’expression des transcripts entre les coureurs de courte et longue distance, en plus des souris sociales (dans l’environnement complexe). iii Le second projet consiste à découvrir comment les cellules épendymaires acquièrent les propriétés des CSNs in vitro ou la multipotence suite aux lésions in vivo (Chapitre IV). Une analyse du RNA-Seq a révélé que le transforming growth factor-β1 (TGF-β1) agit comme un régulateur, en amont des changements significatifs suite à une lésion de la moelle épinière. Nous avons alors confirmé la présence de cette cytokine suite à la lésion et caractérisé son rôle sur la prolifération, différentiation, et survie des cellules initiatrices de neurosphères de la moelle épinière. Nos résultats suggèrent que TGF-β1 régule l’acquisition et l’expression des propriétés de cellules souches sur les cellules épendymaires provenant de la moelle épinière.

In situ epicatechin-loaded hydrogel implants for local drug delivery to spinal column for effective management of post-traumatic spinal injuries

Purpose: To prepare hydrogels loaded with epicatechin, a strong antioxidant, anti-inflammatory, and neuroprotective tea flavonoid, and characterise them in situ as a vehicle for prolonged and safer drug delivery in patients with post-traumatic spinal cord injury. Methods: Five in situ gel formulations were prepared using chitosan and evaluated in terms of their visual appearance, clarity, pH, viscosity, and in vitro drug release. In vivo anti-inflammatory activity was determined and compared with 2 % piroxicam gel as standard. Motor function activity in a rat model of spinal injury was examined comparatively with i.v. methylprednisolone as standard. Results: The N-methyl pyrrolidone solution (containing 1 % w/w epicatechin with 2 to 10 % w/w chitosan) of the in situ gel formulation had a uniform pH in the range of 4.01 ± 0.12 to 4.27 ± 0.02. High and uniform drug loading, ranging from 94.48 ± 1.28 to 98.08 ± 1.24 %, and good in vitro drug release (79.48 ± 2.84 to 96.48 ± 1.02 % after 7 days) were achieved. The in situ gel prepared from 1 % epicatechin and 2 % chitosan (E5) showed the greatest in vivo anti-inflammatory activity (60.58 % inhibition of paw oedema in standard carrageenan-induced hind rat paw oedema model, compared with 48.08 % for the standard). The gels showed significant therapeutic effectiveness against post-traumainduced spinal injury in rats. E5 elicited maximum motor activity (horizontal bar test) in the spinal injury rat model; the rats that received E5 treatment produced an activity score of 3.62 ± 0.02 at the end of 7 days, compared with 5.0 ± 0.20 following treatment with the standard. Conclusion: In situ epicatechin-loaded gel exhibits significant neuroprotective and anti-inflammatory effects, and therefore can potentially be used for prolonged and safe drug delivery in patients with traumatic spinal cord injury.

Graphene-based bioelectronic interfaces and devices and interpretative models targeting glial cells

Bioelectronic interfaces have significantly advanced in recent years, offering potential treatments for vision impairments, spinal cord injuries, and neurodegenerative diseases. However, the classical neurocentric vision drives the technological development toward neurons. Emerging evidence highlights the critical role of glial cells in the nervous system. Among them, astrocytes significantly influence neuronal networks throughout life and are implicated in several neuropathological states. Although they are incapable to fire action potentials, astrocytes communicate through diverse calcium (Ca2+) signalling pathways, crucial for cognitive functions and brain blood flow regulation. Current bioelectronic devices are primarily designed to interface neurons and are unsuitable for studying astrocytes. Graphene, with its unique electrical, mechanical and biocompatibility properties, has emerged as a promising neural interface material. However, its use as electrode interface to modulate astrocyte functionality remains unexplored. The aim of this PhD work was to exploit Graphene-oxide (GO) and reduced GO (rGO)-coated electrodes to control Ca2+ signalling in astrocytes by electrical stimulation. We discovered that distinct Ca2+dynamics in astrocytes can be evoked, in vitro and in brain slices, depending on the conductive/insulating properties of rGO/GO electrodes. Stimulation by rGO electrodes induces intracellular Ca2+ response with sharp peaks of oscillations (“P-type”), exclusively due to Ca2+ release from intracellular stores. Conversely, astrocytes stimulated by GO electrodes show slower and sustained Ca2+ response (“S-type”), largely mediated by external Ca2+ influx through specific ion channels. Astrocytes respond faster than neurons and activate distinct G-Protein Coupled Receptor intracellular signalling pathways. We propose a resistive/insulating model, hypothesizing that the different conductivity of the substrate influences the electric field at the cell/electrolyte or cell/material interfaces, favouring, respectively, the Ca2+ release from intracellular stores or the extracellular Ca2+ influx. This research provides a simple tool to selectively control distinct Ca2+ signals in brain astrocytes in neuroscience and bioelectronic medicine.

Influence Of Delivery Method On Neuroprotection By Bone Marrow Mononuclear Cell Therapy Following Ventral Root Reimplantation With Fibrin Sealant.

The present work compared the local injection of mononuclear cells to the spinal cord lateral funiculus with the alternative approach of local delivery with fibrin sealant after ventral root avulsion (VRA) and reimplantation. For that, female adult Lewis rats were divided into the following groups: avulsion only, reimplantation with fibrin sealant; root repair with fibrin sealant associated with mononuclear cells; and repair with fibrin sealant and injected mononuclear cells. Cell therapy resulted in greater survival of spinal motoneurons up to four weeks post-surgery, especially when mononuclear cells were added to the fibrin glue. Injection of mononuclear cells to the lateral funiculus yield similar results to the reimplantation alone. Additionally, mononuclear cells added to the fibrin glue increased neurotrophic factor gene transcript levels in the spinal cord ventral horn. Regarding the motor recovery, evaluated by the functional peroneal index, as well as the paw print pressure, cell treated rats performed equally well as compared to reimplanted only animals, and significantly better than the avulsion only subjects. The results herein demonstrate that mononuclear cells therapy is neuroprotective by increasing levels of brain derived neurotrophic factor (BDNF) and glial derived neurotrophic factor (GDNF). Moreover, the use of fibrin sealant mononuclear cells delivery approach gave the best and more long lasting results.

Cervical Injuries Scored According To The Subaxial Injury Classification System: An Analysis Of The Literature.

The Subaxial Injury Classification (SLIC) system and severity score has been developed to help surgeons in the decision-making process of treatment of subaxial cervical spine injuries. A detailed description of all potential scored injures of the SLIC is lacking. We performed a systematic review in the PubMed database from 2007 to 2014 to describe the relationship between the scored injuries in the SLIC and their eventual treatment according to the system score. Patients with an SLIC of 1-3 points (conservative treatment) are neurologically intact with the spinous process, laminar or small facet fractures. Patients with compression and burst fractures who are neurologically intact are also treated nonsurgically. Patients with an SLIC of 4 points may have an incomplete spinal cord injury such as a central cord syndrome, compression injuries with incomplete neurologic deficits and burst fractures with complete neurologic deficits. SLIC of 5-10 points includes distraction and rotational injuries, traumatic disc herniation in the setting of a neurological deficit and burst fractures with an incomplete neurologic deficit. The SLIC injury severity score can help surgeons guide fracture treatment. Knowledge of the potential scored injures and their relationships with the SLIC are of paramount importance for spine surgeons who treated subaxial cervical spine injuries.