Potential of stem cells and the exosomes they produce in the treatment of nervous system diseases

Schorzenia układu nerwowego występują coraz częściej wraz ze starzeniem się populacji krajów rozwiniętych. Istotnym problemem w leczeniu tego typu schorzeń jest brak terapii zdolnych wyleczyć najpowszechniejsze i najpoważniejsze z tych chorób, jak choroba Alzheimera i Parkinsona. Obecnie dostępne leczenie pozwala jedynie na nieznaczne spowolnienie ich dalszego rozwoju. Na tym polu terapia komórkami macierzystymi wydaje się stanowić obiecującą alternatywę z potencjałem do hamowania stanu zapalnego tkanki nerwowej, nasilonej apoptozy, akumulacji złogów białkowych, nadmiernej aktywacji astrocytów, produkcji reaktywnych form tlenu, rekonstrukcji bariery krew-mózg itp. Większość z wymienionych efektów leczniczych wynika z parakrynnej sygnalizacji komórek macierzystych z tkanką. Sygnalizacja ta oparta jest na pęcherzykach wydzielniczych, w szczególności egzosomach – pęcherzykach o średnicy mniejszej niż 180 nm, powstających w ciałku wielopęcherzykowym. Elementami sygnalizacji parakrynnej komórek macierzystych są między innymi mRNA i niekodujące RNA, neurotrofiny, aktywne enzymy i cytokiny. Sukces terapii komórkami macierzystymi lub ich egzosomami zależy od wydajności ich dostarczania do tkanki nerwowej i przetrwania w uszkodzonej tkance nerwowej. Połączenie terapii komórkami macierzystymi z iniekcją sztucznych hydrożeli do miejsca lezji sprzyja różnicowaniu i przetrwaniu transplantowanych komórek.Niniejsza praca przedstawia najnowsze doniesienia naukowe o terapii komórkami macierzystymi i ich egzosomami, ukazując przegląd różnych rodzajów komórek macierzystych, ich plejotropowy potencjał leczniczy i podkreślając możliwe kierunki dalszych badań nad zwiększeniem skuteczności tego rodzaju terapii.

Diseases of the central nervous system are becoming increasingly more frequent as the population of the developed world becomes progressively older. The most widespread and severe of these diseases, such as Alzheimer’s and Parkinson’s disease, have no cure and our current treatments for them can only marginally decelerate their progression. Stem cell therapy emerges as a promising alternative to these treatments, having the potential to reverse neuroinflammation, increased apoptosis, disruption of the blood-brain barrier, accumulation of protein aggregates, astrogliosis, production of reactive oxygen species, etc. Most of these effects are due to paracrine signaling of stem cells via extracellular vesicles, particularly exosomes – extracellular vesicles smaller than 180 nm, originating in the multivesicular body. Biologically active factors of this signaling comprise among others: mRNA and non-coding RNA, neurotrophins, active enzymes and cytokines. The success of stem cell and stem cell exosome therapies is dependent on the delivery efficiency and cell retention in the neural tissue. Merging stem cell therapy with artificial hydrogel injection at the lesion site favours cell differentiation and increases transplanted cells’ survival.This article introduces the most recent findings in the field of stem cell and stem cell exosome therapies, presenting an overview of different kinds of stem cells, their pleiotropic therapeutical potential and highlighting possible directions of future advances in the field.