The role of pluronic F68 and F127 combined growth factors and stem cells in reducing ketamine induced neurotoxicity

Abstract

Ketamin insan ve hayvana enjekte edilebilen bir unkompetitif NMDA reseptör antagonistidir. Son günlerde, ameliyat süresince kullanıldığında nörotoksisisteye ve hücre ölümüne neden olduğu gösterilmiştir. Ayrıca uzun süreli Ketamin alımı Alzheimer hastalığının ayırıcı özelliği olan hiperfosforile tau pozitif hücre sayısını arttırmaktadır. Bu çalışmada, çeşitli büyüme hormonlarının (Fibroblast büyüme faktörü-2, insülin benzeri büyüme faktörü-1, beyin kökenli nörotropik faktör, sinir büyüme faktörü, vasküler endotelial büyüme faktörü) ve kök hücrelerin besi ortamından alınan medyumun Pluronik F68 ve F127 varlığında Ketamin tarafından SH-SY5Y nöroblastoma ve primer beyin kültürü hücrelerinde oluşturulan nörotoksisiteyi azaltması amaçlanmıştır. Ayrıca kök hücrelerin bu toksisiteyi azaltmadaki etkisi kök hücre ko-kültür sistemi kurularak incelenmiştir. Bu çalışmada kullanılan pluroniklerin nörodejeneratif hastalıkların tedavisinde önemli biyolojik faktörler olan ilaç taşıyıcımada ve membran stabilizatörlüğünde rol aldığı bildirilmiştir. Bu çalışmada kullanılan kök hücreler insan diş germinden kökenlenmiştir ve sadece mezenkimal kök hücre özelliği taşımamakla birlikte aynı zamanda nörojenik hücrelere farklılaşabilme kapasitesine de sahiptirler. Sonuçlarımız kök hücrelerin besi ortamından alınan medyumun ya da direct olarak kök hücrelerin ko-kültür sisteminde hücreleri Ketamin'in neden olduğu nörotosisiteden koruduğunu kanıtlamıştır. Test edilen büyüme faktörleri de SH-SY5Y nöroblastoma ve primer beyin kültürü hücrelerinde bir miktar koruyucu olmuştur. Hem kök hücrelerin besi ortamından alınan medyumun hem de büyüme faktörlerinin Pluronic F68 ve F127 ile birleştirilerek uygulanması nörotoksisiteyi çok daha etkili bir şekilde azaltmıştır. Veriler kök hücrelerin ve büyüme faktörlerinin Ketaminin yan etkilerini iyileştirmede önemli rol oynadığını ve Pluronik uygulamasının hücreleri, Ketamin'in neden olduğu stresten korumayı ve iyileşmeyi arttırdığını göstermektedir. Pluronik'ler ayrıca diğer nörodejeneratif hastalıkların tedavisinde de alternatif bir yaklaşım sağlamaktadırlar.

Ketamine is an uncompetitive N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptor antagonist which is used as human and animal medicine as an injectable anesthetic. Recently it was shown that Ketamine gives rise to neurotoxicity and cell death during surgical operations. Furthermore, long-term Ketamine administration increases the number of hyperphosphorylated tau positive cells, which is a hallmark of Alzheimer?s Disease. In this study, we aimed to decrease the Ketamine induced neurotoxicity on SH-SY5Y neuroblastoma and primary mix brain culture cells applying several growth factors, namely; Fibroblast Growth Factor-2 (FGF-2) Insulin-Like Growth Factor-1 (IGF-1), Brain-Derived Neurotrophic Factor (BDNF), Nerve Growth Factor (NGF), Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) and stem cell conditioned medium in the presence of Pluronic F68 and F127. Moreover the effect of stem cells on this toxicity was investigated using stem cell co-culture system. Pluronics used in this study were reported to act as drug delivery reagents and membrane stabilizers which are important agents in the treatment neurodegenerative diseases. The stem cells used in this study were derived from Human Tooth Germs and not only comprise mesenchymal stem cell properties but also possess the capacity to differentiate into neurogenic cells. Our results demonstrated that the administration of either stem cell conditioned medium or direct stem cells in co-culture system protect cells from the Ketamine induced toxicity. The growth factors tested were also protective on SH-SY5Y and primary mix brain culture cells to some extent. Both stem cells and growth factors administered in combination with the Pluronics F68 and F127 were much more effective in reducing the neurotoxicity. These data suggested that stem cells and growth factors play an important role in ameliorating the adverse effects of Ketamine and the administration of Pluronics might increase the protection and healing of cells from the Ketamine induced stress. Pluronics can also provide an alternate approach for the treatment of other neurodenerative diseases.