Finding new secretomes for Parkinson's disease regenerative medicine applications

Abstract

Parkinson’s Disease (PD) is a progressive neurodegenerative disease that is primarily characterized by the loss of dopaminergic neurons (DAn), mostly in the nigrostriatal pathway, leading to dopamine (DA) deficiency, thereby causing the appearance of the characteristic PD motor and non-motor symptoms. Current state of the art in the field is based on the use of pharmacotherapies. However, these just mitigate motor symptomatology instead of stoping/delaying the progression of the disease, whereby imposing an urgent need for innovative therapeutical approaches. Human Mesenchymal Stem Cells (hMSCs) secretome has been presented as a promising therapeutic option, given their ability to modulate DAn cell survival/differentiation. Apart from a direct effect in neuronal survival, recent studies showed the possibility of an interplay between hMSCs (secretome), glial cells and DAn. Indeed, glial cells have been regarded as potential targets and modulators of PD. Therefore, in the present thesis we aim to 1) determine the role of glial cells secretome and glial cells (preconditioned) with hMSCs secretome as modulators of in vitro neuronal survival and differentiation, and 2) investigate the effects of glial and hMSCs secretomes in a 6-hydroxydopamine (6-OHDA) rat model of PD. Our in vitro data revealed that hMSCs and glial cells secretome per se and glial cells (preconditioned with hMSCs secretome) secretome induced higher rates of neuronal differentiation. Curiously, in vivo, distinct effects between hMSCs and glial cells secretomes were observed. While hMSCs secretome induced a positive impact in the amelioration of PD motor symptoms (assessed by the rotarod and staircase tests), glial cells secretome had a more pronounced effect in ameliorating PD non-motor symptomatology, namely anxious and depressive-like behaviors. Overall, one can conclude that the use of different secretomes can differentially targets PD motor and non motor behavioral dimensions, thereby opening new avenues for the treatment of PD

A Doença de Parkinson (DP) é uma doença neurodegenerativa progressiva caracterizada pela perda de neurónios dopaminérgicos (DAn), principalmente na via nigroestriatal, levando à deficiência de dopamina (DA), que causando perda motora e sintomas não motores. O tratamento padrão é baseado na farmacoterapia. No entanto, este apenas mitiga a sintomatologia motora em vez de parar/retardar a progressão da doença, o que leva a uma necessidade urgente de criar terapias inovadoras. O secretoma de células estaminais mesenquimatosas (MSCs) tem sido apresentado como uma opção terapêutica promissora, dada a sua capacidade em modular a sobrevivência/diferenciação dos DAn. Além de um efeito direto na sobrevivência neuronal, estudos recentes têm igualmente demonstrado uma possível interação entre as hMSCs (secretoma), as células gliais e os DAn. Na verdade, as células gliais, são hoje, consideradas potenciais alvos terapêuticos para o tratamento da DP. Assim, a presente tese teve como principais objetivos: 1) determinar o efeito do secretoma de células da glia (por si só, e precondicionadas com secretoma de MSCs) e MSCs como um modulador da sobrevivência e diferenciação neuronal in vitro, e 2) investigar os efeitos destes secretomas num modelo animal de degeneração dopaminérgica induzido pela injeção da neurotoxina 6-hidroxidopamina (6-OHDA). In vitro, verificou que o secretoma de MSCs e glias (por si só ou precondicionadas com secretoma de MSCs) induziram altas taxas de diferenciação neuronal. Curiosamente, in vivo, foram observados efeitos distintos entre o secretoma de hMSCs e o secretoma de células gliais. Enquanto que o secretoma de MSCsinduziu um efeito positivo na melhoria do desempenho motor (avaliada pelo rotarod e straircase), o secretoma das células gliais, apresentou, por seu lado, um impacto mais pronunciado na melhoria dos sintomas não-motores da doença, nomeadamente ansiedade e depressão. Em suma, podemos concluir que o uso de diferentes secretomas têm impactos distintos nos sintomas motores e não motores da DP, abrindo assim novas perspetivas para o seu tratamento.