EPILEPSY PUBMED, Long-term, targeted delivery of GDNF from encapsulated cells is neuroprotective and reduces seizures in the pilocarpine model of epilepsy

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Long-term, targeted delivery of GDNF from encapsulated cells is neuroprotective and reduces seizures in the pilocarpine model of epilepsy.

Paolone G1,2, Falcicchia C3,2, Lovisari F3, Kokaia M4, Bell WJ2, Fradet T2, Barbieri M3, Wahlberg LU2, Emerich DF2, Simonato M3,5,6.
Author information
1Department of Medical Science, Section of Pharmacology, Neuroscience Center, University of Ferrara and National Institute of Neuroscience, Ferrara, Italy [email protected] Therapeutic, Inc. (formerly NsGene Inc.), Providence, RI, USA.3Department of Medical Science, Section of Pharmacology, Neuroscience Center, University of Ferrara and National Institute of Neuroscience, Ferrara, Italy.4Epilepsy Centre, Department of Clinical Sciences, Lund University Hospital, Lund, Sweden.5Laboratory of Technologies for Advanced Therapy (LTTA), Technopole of Ferrara, Ferrara, Italy.6School of Medicine, University Vita-Salute San Raffaele, Milan, Italy.
Abstract

Neurotrophic factors are candidates for treating epilepsy but their development has been hampered by difficulties in achieving stable and targeted delivery of efficacious concentrations within the desired brain region. We have developed an encapsulated cell technology that overcomes these obstacles by providing a targeted, continuous, de novo synthesized source of high levels of neurotrophic molecules from human clonal ARPE-19 cells encapsulated into hollow fiber membranes. Here we illustrate the potential of this approach for delivering glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF) directly to the hippocampus of epileptic rats. In vivo studies demonstrated that bilateral intrahippocampal implants continued to secrete GDNF that produced high hippocampal GDNF tissue levels in a long-term manner. Identical implants robustly reduced seizure frequency in the pilocarpine model. Seizures were reduced rapidly and this effect increased in magnitude over 3 months, ultimately leading to a reduction of seizures by 93%. This effect persisted even after device removal, suggesting potential disease-modifying benefits. Importantly, seizure reduction was associated with normalized changes in anxiety and improved cognitive performance. Immunohistochemical analyses revealed that the neurological benefits of GDNF were associated with the normalization of anatomical alterations accompanying chronic epilepsy, including hippocampal atrophy, cell degeneration, loss of parvalbumin positive interneurons, and abnormal neurogenesis. These effects were associated with activation of GDNF receptors. All in all, these results support the concept that implantation of encapsulated GDNF-secreting cells can deliver GDNF in a sustained, targeted, and efficacious manner, paving the way for continuing pre-clinical evaluation and eventual clinical translation of this approach for epilepsy.SIGNIFICANCE STATEMENTEpilepsy is one of the most common neurological conditions, affecting millions of individuals of all ages. These patients experience debilitating seizures that frequently increase over time and can associate with significant cognitive decline and psychiatric disorders that are generally poorly controlled by pharmacotherapy. We have developed a clinically-validated, implantable cell encapsulation system that delivers high and consistent levels of GDNF directly to the brain. In epileptic animals, this system produced a progressive and permanent reduction (>90%) in seizure frequency. These benefits were accompanied by improvements in cognitive and anxiolytic behavior and the normalization of changes in CNS anatomy that underlie chronic epilepsy. Together, these data suggest a novel means of tackling the frequently intractable neurological consequences of this devastating disorder.
www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30665947


Journal of Neuroscience 21 January 2019

Long-term, targeted delivery of GDNF from encapsulated cells is neuroprotective and reduces seizures in the pilocarpine model of epilepsy
Giovanna Paolone, Chiara Falcicchia, Francesca Lovisari, Merab Kokaia, William J. Bell, Tracie Fradet, Mario Barbieri, Lars U. Wahlberg, Dwaine F. Emerich, and Michele Simonato
Journal of Neuroscience 21 January 2019, 0435-18; DOI: https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0435-18.2018
Abstract

Neurotrophic factors are candidates for treating epilepsy but their development has been hampered by difficulties in achieving stable and targeted delivery of efficacious concentrations within the desired brain region. We have developed an encapsulated cell technology that overcomes these obstacles by providing a targeted, continuous, de novo synthesized source of high levels of neurotrophic molecules from human clonal ARPE-19 cells encapsulated into hollow fiber membranes. Here we illustrate the potential of this approach for delivering glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF) directly to the hippocampus of epileptic rats. In vivo studies demonstrated that bilateral intrahippocampal implants continued to secrete GDNF that produced high hippocampal GDNF tissue levels in a long-term manner. Identical implants robustly reduced seizure frequency in the pilocarpine model. Seizures were reduced rapidly and this effect increased in magnitude over 3 months, ultimately leading to a reduction of seizures by 93%. This effect persisted even after device removal, suggesting potential disease-modifying benefits. Importantly, seizure reduction was associated with normalized changes in anxiety and improved cognitive performance. Immunohistochemical analyses revealed that the neurological benefits of GDNF were associated with the normalization of anatomical alterations accompanying chronic epilepsy, including hippocampal atrophy, cell degeneration, loss of parvalbumin positive interneurons, and abnormal neurogenesis. These effects were associated with activation of GDNF receptors. All in all, these results support the concept that implantation of encapsulated GDNF-secreting cells can deliver GDNF in a sustained, targeted, and efficacious manner, paving the way for continuing pre-clinical evaluation and eventual clinical translation of this approach for epilepsy.

SIGNIFICANCE STATEMENT

Epilepsy is one of the most common neurological conditions, affecting millions of individuals of all ages. These patients experience debilitating seizures that frequently increase over time and can associate with significant cognitive decline and psychiatric disorders that are generally poorly controlled by pharmacotherapy. We have developed a clinically-validated, implantable cell encapsulation system that delivers high and consistent levels of GDNF directly to the brain. In epileptic animals, this system produced a progressive and permanent reduction (>90%) in seizure frequency. These benefits were accompanied by improvements in cognitive and anxiolytic behavior and the normalization of changes in CNS anatomy that underlie chronic epilepsy. Together, these data suggest a novel means of tackling the frequently intractable neurological consequences of this devastating disorder.
www.jneurosci.org/content/early/201...CI.0435-18.2018

Author Information
Giovanna Paolone1,3,
Chiara Falcicchia1,3,
Francesca Lovisari1,
Merab Kokaia2,
William J. Bell3,
Tracie Fradet3,
Mario Barbieri1,
Lars U. Wahlberg3,
Dwaine F. Emerich3, and
Michele Simonato1,4,5
1Department of Medical Science, Section of Pharmacology, Neuroscience Center, University of Ferrara and National Institute of Neuroscience, Ferrara, Italy
2Epilepsy Centre, Department of Clinical Sciences, Lund University Hospital, Lund, Sweden
3Gloriana Therapeutic, Inc. (formerly NsGene Inc.), Providence, RI, USA
4Laboratory of Technologies for Advanced Therapy (LTTA), Technopole of Ferrara, Ferrara, Italy
5School of Medicine, University Vita-Salute San Raffaele, Milan, Italy
Correspondence: Giovanna Paolone, PhD, Current address: Department of Diagnostics and Public Health, Section of Pharmacology, University of Verona, P.le LA Scuro 10, 37134, Verona, Italy, Tel: (+39) 045 8027224, E-mail: [email protected]
www.jneurosci.org/content/early/201...ab-article-info
 
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396c893b4c5e958c3cb9e0f00b06a85b
Membrana rilascia farmaco,cura epilessia
Ricerca Università Verona e Ferrara, ridotte nettamente crisi
(ANSA) - VERONA, 24 GEN - Una membrana impiantata nell'ippocampo, che rilascia direttamente nell'area le sostanze terapeutiche, può ridurre le crisi epilettiche del 75% in due settimane e del 93% in tre mesi.
La ricerca su questo trattamento innovativo, sperimentato a livello preclinico, è stata pubblicata sulla rivista scientifica Journal of Neuroscience. Prima autrice del lavoro Giovanna Paolone, ricercatrice del dipartimento di Diagnostica e Sanità pubblica dell'università di Verona, in collaborazione con Gloriana Therapeutics e con l'università di Ferrara dove era assegnista di ricerca.
La nuova tecnologia è stata applicata a un modello di epilessia del lobo temporale nell'animale da laboratorio.
Cellule umane (ARPE-19) ingegnerizzate per rilasciare la proteina "GDNF" (Glial cell-Derived Neurotrophic Factor), sono state incapsulate in una membrana semipermeabile e biocompatibile, e impiantate nell'ippocampo. Questo permette il rilascio continuo della sostanze terapeutiche direttamente nell'area danneggiata. (ANSA).
www.ansa.it/veneto/notizie/2019/01/...72c1a9a68f.html

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(ANSA) - BOLOGNA, 24 GEN - Potrebbe essere in grado di eliminare più del 90% delle crisi epilettiche nell'arco di tre mesi e rappresentare una nuova speranza per chi soffre di epilessia, circa 60 milioni di persone nel mondo. Si tratta di una capsula tipo quelle dei farmaci, ma di dimensioni molto più ridotte, in grado di produrre e rilasciare nell'ippocampo una sostanza capace di ripristinare l'attività fisiologica delle cellule malate. Il sistema è stato sviluppato da un team di ricercatori guidato dall'Università di Ferrara ed è stato testato con successo, in fase preclinica, sui ratti. Lo studio è stato pubblicato sul Journal of Neuroscience.
"Oltre a una rapida e progressiva riduzione delle crisi epilettiche, meno 75% nell'arco di due settimane e meno 93% nell'arco di due mesi - spiega il professor Michele Simonato, che ha guidato lo studio - il dispositivo riduce significativamente anche i sintomi legati allo stress e migliora di molto le capacità cognitive".
www.ansa.it/emiliaromagna/notizie/2...c29d28e7d3.html
 
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Epilessia. Un dispositivo realizzato da Unife dona nuove speranze ai malati
Sui ratti funziona bene, al punto che se gli stessi risultati venissero trasferiti agli essere umani si tratterebbe di un cambiamento epocale nel trattamento dell’epilessia. Per ora è una speranza e una promessa il dispositivo biologico di ultimissima generazione messo a punto dall’équipe del professor Michele Simonato dell’Università di Ferrara. Un dispositivo che nei test a livello pre-clinico è in grado di eliminare più del 90% delle crisi epilettiche nell’arco di 3 mesi, con effetti positivi che durano anche una volta tolto.

I risultati, pubblicati sul Journal of Neuroscience, organo ufficiale della più importante società scientifica di neuroscienze, lasciano davvero ben sperare: “Oltre ad una rapida e progressiva riduzione delle crisi epilettiche, meno 75% nell’arco di due settimane e meno 93% nell’arco di due mesi, lo strumento riduce significativamente anche i sintomi legati allo stress e migliora di molto le capacità cognitive”, chiarisce Simonato.

L’epilessia è una delle malattie neurologiche più diffuse al mondo, colpisce oltre 60 milioni di persone, più delle persone con sclerosi multipla, Parkinson, paralisi cerebrale e distrofia muscolare insieme. Sono 700 milioni le persone che presentano una crisi epilettica nell’arco della propria vita, 10.000 i nuovi casi di epilessia ogni giorno e più di 60.000 le morti improvvise causate da epilessia. Un terzo dei pazienti non risponde alle terapie oggi esistenti.

Il dispositivo, che agisce rilasciando una molecola capace di ripristinare l’attività fisiologica delle cellule malate, è impiantato direttamente nell’ippocampo, l’area del cervello colpita dalla malattia: “Si tratta di un sistema che rilascia in maniera costante il fattore GDNF (glial cell line-derived neurotrophic factor), ripristinando la normale attività elettrica del tessuto nervoso e correggendo in parte il danno prodotto dalle crisi”, aggiunge il professore.

“Il trattamento è in grado di correggere anche le alterazioni dei tessuti cerebrali che sono associate all’epilessia. Tutto questo ci fa sperare che l’approccio possa dare ottimi risultati clinici nel bloccare le crisi e fermare la progressione della malattia”, conclude Michele Simonato.

Lo studio è stato svolto in collaborazione con il laboratorio Ltta del Tecnopolo di Ferrara, l’Università Vita-Salute del San Raffaele di Milano, l’Università di Lund (Svezia) e la biotec Gloriana Therapeutic (USA) nell’ambito del progetto europeo Epixchange, coordinato dal prof. Simonato.
www.estense.com/?p=751235


Da Unife Nuova Speranza Per Chi Soffre Di Epilessia

UNIVERSITA' DI FERRARA/24 Gen 2019
Individuato dai ricercatori dell’Università di Ferrara un approccio innovativo
capace di ridurre drasticamente le crisi epilettiche

E’ in grado di eliminare più del 90% delle crisi epilettiche nell’arco di 3 mesi, il dispositivo biologico di ultimissima generazione messo a punto – e già testato a livello preclinico – dall’équipe del professor Michele Simonato dell’Università di Ferrara.

I risultati, pubblicati sul Journal of Neuroscience, organo ufficiale della più importante società scientifica di neuroscienze, lasciano davvero ben sperare: “Oltre ad una rapida e progressiva riduzione delle crisi epilettiche, meno 75% nell’arco di due settimane e meno 93% nell’arco di due mesi, lo strumento riduce significativamente anche i sintomi legati allo stress e migliora di molto le capacità cognitive” chiarisce Simonato.

Il dispositivo, che agisce rilasciando una molecola capace di ripristinare l’attività fisiologica delle cellule malate, è impiantato direttamente nell’ippocampo, l’area del cervello colpita dalla malattia: “Si tratta di un sistema che rilascia in maniera costante il fattore GDNF (glial cell line-derived neurotrophic factor), ripristinando la normale attività elettrica del tessuto nervoso e correggendo in parte il danno prodotto dalle crisi” aggiunge il professore.

“Il trattamento è in grado di correggere anche le alterazioni dei tessuti cerebrali che sono associate all’epilessia. Tutto questo ci fa sperare che l’approccio possa dare ottimi risultati clinici nel bloccare le crisi e fermare la progressione della malattia” conclude Michele Simonato.

Lo studio è stato svolto in collaborazione con il laboratorio LTTA del Tecnopolo di Ferrara, l’Università Vita-Salute del San Raffaele di Milano, l’Università di Lund (Svezia) e la biotec Gloriana Therapeutic (USA) nell’ambito del progetto europeo Epixchange, coordinato dal Prof. Simonato.

L’epilessia colpisce oltre 60 milioni di persone in tutto il mondo, più delle persone con sclerosi multipla, Parkinson, paralisi cerebrale e distrofia muscolare insieme. Sono 700 milioni le persone che presentano una crisi epilettica nell’arco della propria vita, 10.000 i nuovi casi di epilessia ogni giorno e più di 60.000 le morti improvvise causate da epilessia. Un terzo dei pazienti non risponde alle terapie oggi esistenti.

Articolo originale:
Long-Term, Targeted Delivery of GDNF From Encapsulated Cells is Neuroprotective and reduces seizures in the pilocarpine model of epilepsy.

Autori: Giovanna Paolone, Chiara Falcicchia, Francesca Lovisari, Merab Kokaia, William J. Bell, Tracie Fradet, Mario Barbieri, Lars U. Wahlberg, Dwaine F. Emerich e Michele Simonato.
www.ferraraitalia.it/da-unife-nuov...sia-165678.html
 
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