Evaluation of the neurorestorative and neuroprotective potential of a variant of MANF both subcutaneously and intrastriatally administered in the 6-OHDA rat model of Parkinson's disease
Title: | Evaluation of the neurorestorative and neuroprotective potential of a variant of MANF both subcutaneously and intrastriatally administered in the 6-OHDA rat model of Parkinson's disease |
Author(s): | Li, Mingchen |
Contributor: | University of Helsinki, Faculty of Pharmacy |
Degree program: | Master's Programme in Pharmacy |
Specialisation: | Pharmacology |
Language: | English |
Acceptance year: | 2021 |
Abstract: |
Parkinsonin tauti on kroonisesti etenevä hermostoa rappeuttava sairaus, joka aiheuttaa selektiivisesti dopaminergisten solujen kuoleman keskiaivojen substantia nigrassa (SN). Solutuhon myötä nigrostriataalinen hermorata tuhoutuu aiheuttaen taudille tyypilliset liikehäiriöt: ryhdin kasaan painuminen, lihasjäykkyys, liikehitaus ja lepovapina. Taudin ei-motoriset oireet, kuten kognitiiviset häiriöt, masennus ja hajuaistin heikkeneminen ilmenevät tyypillisesti ennen motorisia oireita. Tämänhetkiset lääkkeet mahdollistavat vain oireenmukaisen hoidon, joka ei vaikuta taudin ennusteeseen ja jonka teho heikkenee ajan myötä.
Hermokasvutekijöiden hermosoluja suojaavan ja elvyttävän vaikutuksen myötä niitä on pidetty mahdollisina uusina lääkeainekandidaatteina, jotka hidastavat taudin etenemistä tai jopa parantavat taudin. MANF (mesenkefaalinen astrosyyttiperäinen hermokasvutekijä) on osoittanut lukuisissa Parkinsonin taudin in vitro ja in vivo -tutkimuksissa lupaavia tuloksia. Koska hermokasvutekijät eivät läpäise veri-aivoestettä, lääkehoito näillä on tällä hetkellä mahdollista vain suoraan annosteltuna aivoihin ja vaatii siksi leikkaustoimenpiteen. Systeemisesti annosteltu hermokasvutekijä mullistaisi potilaiden lääkehoidon, sillä se parantaisi merkittävästi hyötyjen ja haittojen suhdetta potilaan kannalta.
Tässä erikoistyössä pyritään arvioimaan MANF:sta tehdyn variantin tehoa Parkinsonin taudin rottamallissa, jossa tehtiin toispuoleinen leesio annostelemalla 6-hydroksidopamiinia kolmella injektiolla suoraan striatumiin. Aiemmat in vivo -tutkimukset ovat osoittaneet MANF-variantin pääsevän läpi veri-aivoesteestä. Amfetamiinilla indusoidulla pyörimiskäyttäytymisellä arvioitiin leesion astetta kokeen aikana joka toinen viikko kahdeksanteen viikkoon asti, jolloin koe päättyi. Eläimet jaettiin ryhmiin toisen viikon pyörimiskokeen tulosten perusteella. MANF-variantti annosteltiin joko suoraan striatumiin kolmella erillisellä injektiolla tai ihonalaisesti osmoottisen minipumpun kautta tutkien kahta eri annosvahvuutta. Striatumin ja SN:n aivoleikkeiden tyrosiinihydroksylaasia (TH) ilmentävät osat värjättiin tulosten tulkitsemista varten. Pyörimiskokeiden tulosten lisäksi tehoa arviointiin TH-positiivisten striatumin hermosäikeiden optisen tiheyden sekä SN-leikkeiden TH-positiivisten solujen määrän kautta.
Tilastollisesti merkitseviä eroja (määritelty siten, että p < 0,05 ja nollaa suurempi keskiarvojen ero 95 % luottamusvälillä) havaittiin vain TH-positiivisten solujen määrissä siten, että striatumiin annosteltu MANF-variantti oli tehokkaampi kuin striatumiin annosteltu MANF tai pelkkä vehikkelihoito. Pääasiallinen huoli tulosten paikkansapitävyydestä liittyy ryhmien välisiin heterogeenisiin leesioiden asteisiin, mikä saattoi johtaa epäonnistuneeseen satunnaistamiseen lähtötilanteen liiallisten erojen vuoksi. Kun otetaan huomioon myös liian pieni a priori tilastollinen voima, on näiden seurauksena kokeessa mahdollisesti voinut tapahtua havaittujen erojen liiallista suurenemista. Tilastollisesti merkitsevistä eroista huolimatta koe- ja tilastollisen mallin puutteiden sekä rajoituksien vuoksi MANF-variantin tehoa ei pystytty arvioimaan luotettavasti.
Parkinson’s disease (PD) is a progressive chronic neurodegenerative disorder, which results in the selective loss of dopaminergic neurons in the substantia nigra (SN). The loss of these neurons results in the dysfunction of the nigrostriatal pathway bringing forth the characteristic motor symptoms seen in PD: postural instability, rigidity, slowness of movement and resting tremors. Non-motor symptoms, such as cognitive deficits, depression and impaired olfaction, typically emerge before motor symptoms. Currently available treatments only provide symptomatic relief with diminishing returns over time and no improvements on the overall outcome of the disease.
Neurotrophic factors (NTF) have been of particular interest as a possible curative treatment for PD due to their potential for neuroprotection and neurorestoration. Mesencephalic astrocyte-derived neurotrophic factor (MANF) is an NTF that has shown promising results in numerous in vitro and in vivo studies of PD. However, therapy with MANF and other NTFs involves surgical intervention for local administration, as NTFs cannot cross the blood-brain barrier (BBB). Therefore, the therapeutic potential of a systemically administered NTF would be tremendous, as it would lead to a significantly more favorable risk-benefit ratio for the patient.
The aim of the current investigation is to evaluate the efficacy of a next generation variant of MANF in the 6-hydroxydopamine toxin-induced unilateral lesion rat model of PD. Prior in vivo results suggested that subcutaneously injected MANF variant is able to penetrate the BBB. Amphetamine-induced rotational behavior (AMPH-ROTO) was used to evaluate the severity of the unilateral lesions during the experiment every other week until the end of the experiment at week eight. Animals were divided into treatment groups during week two based on their AMPH-ROTO results. Animals received MANF variant either subcutaneously through an implanted osmotic minipump at two different dosages or as a single dose divided into three separate intrastriatal injections. Tyrosine hydroxylase (TH) immunohistochemical staining was performed on brain sections collected from the striatum and SN for data analysis. In addition to AMPH-ROTO results, the efficacy of treatment was determined via the optical density of TH-positive striatal fibers and the number of TH-positive cells in the SN.
Statistically significant differences (defined by p < 0.05 and a non-zero mean difference at a 95 % confidence interval) were observed only in the number of TH-positive cells in the SN favoring intrastriatal MANF variant treatment over both intrastriatal MANF and the vehicle treatment. The main concern regarding the validity of the results was related to the heterogeneous lesion sizes in different treatment groups possibly resulting in unsuccessful randomization due to excessive baseline differences. The inadvertent negative effects of this was further exacerbated by low a priori statistical power, which in the end had likely caused inflated effect sizes. Thus, assessment of the definitions of the used statistical parameters and the limitations of the experimental design suggest that presently, the efficacy of the MANF variant could not be evaluated reliably, in spite of the statistically significant result.
|
Keyword(s): | Parkinson’s disease MANF neurotrophic factors intrastriatal administration systemic administration 6-OHDA rat model |
Files in this item
Files | Size | Format | View |
---|---|---|---|
Li_Mingchen_tutkielma_2021.pdf | 2.013Mb |
This item appears in the following Collection(s)
-
Faculty of Pharmacy [577]