Remote ischemic conditioning (RIC) in ischemic stroke: functional validation of conditioned plasma in human cells

Abstract

Stroke is the first cause of death and disability in Portugal and the second worldwide. The available therapeutic approaches to stroke treatment, thrombolysis, and mechanical thrombectomy promote blood reperfusion but do not directly target the brain parenchyma. Remote ischemic conditioning (RIC) is a specific sub-type of conditioning that triggers our endogenous mechanisms of defense through the application of a stimulus, below the damage threshold, such as ischemia. In this particular case, a non-vital organ (arm) is submitted to 4 cycles of 5 minutes ischemia followed by 5 minutes reperfusion, the RIC procedure, which may stimulate protective signaling to remote target organs (such as the brain). In this light, our objective was to understand the humoral mechanisms underlying the neuroprotective effects of this procedure, in particular whether and how RIC-conditioned plasma affected neuroinflammation, neuronal function, and blood-brain barrier integrity. We found that RIC-derived plasma promoted significant anti-inflammatory results since it limits reactive oxygen species generation when human HMC3 microglial cells are challenged with LPS and ATP inflammatory treatment. Therefore, indicating that one of the possible ways for RIC-induced protection occurs via inhibition of ROS production. Additionally, RIC-conditioned plasma also exhibited neuroprotective properties, by increasing synaptophysin expression, a marker for neuronal activity. These results reinforce the protective role of the RIC procedure. Lastly, slight BBB protective effects were also observed after treating the human brain microvasculature endothelial cells hCMEC/D3 cell line with RIC-derived plasma. However, these results should be further validated. All in all, besides demonstrating the possible beneficial effects of the RIC procedure, this work also showed a novel way to study these effects, which can be a stepping stone for future studies and the possible clinical application of this novel therapy.

Os acidentes vasculares cerebrais (AVC’s) correspondem à primeira causa de morte e incapacidade em Portugal e a segunda em todo o mundo. As abordagens terapêuticas disponíveis para o tratamento de AVC’s, a trombólise e a trombectomia mecânica promovem a reperfusão, mas não atingem o tecido cerebral. O condicionamento isquémico remoto (RIC) é um subtipo de condicionamento, que ativa os nossos mecanismos endógenos de defesa através da aplicação de um estímulo, abaixo do limiar de dano, tal como a isquemia. Neste caso em particular, um órgão não-vital (braço) é submetido a 4 ciclos de 5 min de isquemia, seguidos de 5 min de reperfusão, o procedimento RIC, que pode estimular a sinalização de carácter protetor para um órgão alvo remoto (tal como o cérebro). Neste contexto, o nosso objetivo foi perceber os mecanismos humorais subjacentes a este procedimento, em particular, se e como o plasma condicionado pelo RIC afeta a neuro-inflamação, a função neuronal e a integridade da barreira hematoencefálica Nós observámos que o plasma derivado do RIC promoveu resultados anti-inflamatórios significativos, uma vez que limitou a produção de espécies reativas de oxigénio (ROS) quando a linha celular de microglia humana, HMC3, foi submetida a tratamento inflamatório com LPS e ATP. Indicando, assim, que uma das possíveis formas de proteção associada ao RIC poderá ocorrer através da inibição de geração de ROS. Adicionalmente, o plasma condicionado também exibiu propriedades neuroprotetoras, através do aumento da expressão de sinaptofisina, um marcador de atividade neuronal. Estes resultados reforçam o papel protetor do RIC. Por fim, também foram observados ligeiros efeitos protetores da barreira após tratar as células endoteliais, hCMEC/D3, com plasma condicionado. Contudo, estes resultados devem ser validados. Em suma, para além de este trabalho demonstrar os possíveis benefícios do RIC, também mostrou uma nova forma de estudar estes efeitos, o que pode constituir um avanço para futuros estudos e as possíveis aplicações desta terapia inovadora.