O acidente vascular cerebral (AVC) é a terceira causa de óbito e a principal causa de incapacidade em indivíduos adultos. Embora a mortalidade do AVC esteja diminuindo em alguns países, a morbidade tem aumentado em razão do envelhecimento da população e do aumento da sobrevida dos pacientes¹. O tratamento com ativador do plasminogênio tissular recombinante (rt-PA) é eficaz quando instituído em até 3 horas após o início dos sintomas², porém seu uso está limitado a cerca de 5% dos pacientes na fase aguda do AVC isquêmico. Além disso, nenhum agente para neuroproteção teve sua eficácia comprovada em estudos clínicos em humanos. Portanto, outras estratégias terapêuticas precisam ser desenvolvidas. Em modelos animais, o uso de células-tronco correlacionou-se com melhora funcional após o AVC³. Publicações recentes têm demonstrado a segurança do tratamento com células mononucleares da medula óssea (CMMO) injetadas via intracoronária em pacientes portadores de cardiopatia isquêmica aguda ou crônica4,5. Baseado nesses dados iniciais, há crescente interesse no estudo do transplante com CMMO na fase aguda do AVC. Relatamos o primeiro caso de transplante autólogo de CMMO via intra-arterial na fase aguda do AVC isquêmico.
Segurança do transplante autólogo, intra-arterial, de células mononucleares da medula óssea na fase aguda do acidente vascular cerebral isquêmico
Hospital Pró-Cardíaco, Universidade Federal do Rio de Janeiro e Instituto do Milênio de Bioengenharia Tecidual - Rio deJaneiro, RJ
O acidente vascular cerebral (AVC) é a terceira causa de óbito e a principal causa de incapacidade em indivíduos adultos. Embora a mortalidade do AVC esteja diminuindo em alguns países, a morbidade tem aumentado em razão do envelhecimento da população e do aumento da sobrevida dos pacientes1. O tratamento com ativador do plasminogênio tissular recombinante (rt-PA) é eficaz quando instituído em até 3 horas após o início dos sintomas2, porém seu uso está limitado a cerca de 5% dos pacientes na fase aguda do AVC isquêmico. Além disso, nenhum agente para neuroproteção teve sua eficácia comprovada em estudos clínicos em humanos. Portanto, outras estratégias terapêuticas precisam ser desenvolvidas. Em modelos animais, o uso de células-tronco correlacionou-se com melhora funcional após o AVC3. Publicações recentes têm demonstrado a segurança do tratamento com células mononucleares da medula óssea (CMMO) injetadas via intracoronária em pacientes portadores de cardiopatia isquêmica aguda ou crônica4,5. Baseado nesses dados iniciais, há crescente interesse no estudo do transplante com CMMO na fase aguda do AVC.
Relatamos o primeiro caso de transplante autólogo de CMMO via intra-arterial na fase aguda do AVC isquêmico.
Mulher negra, 54 anos, com história de hipertensão arterial sistêmica e AVC isquêmico, em tratamento regular com fenitoína, foi internada no setor de emergência de outra instituição, 6 horas após o início de hemiparesia direita e afasia global. Tomografia computadorizada de crânio (TC) evidenciou lesão isquêmica aguda no território da artéria cerebral média (ACM) esquerda.
No terceiro dia após o AVC, depois de assinatura do Termo de Consentimento Livre e Esclarecido pelo marido e pelo filho, a paciente foi transferida para o Hospital Pró-Cardíaco. Na internação, a pressão arterial sistêmica era de 110 x 70 mmHg e a freqüência cardíaca, de 85 bpm. O exame neurológico evidenciou afasia global, hemiparesia e hemi-hipoestesia fácio-bráquio-crural direita com sinal de Babinski ipsilateral. Os reflexos profundos eram vivos e simétricos. A pontuação na escala do National Institute of Health Stroke Scale Score (NIHSS) foi 17; pontuação na escala de Rankin modificada (mRS) foi 4 e no índice de Barthel, 5. Ressonância magnética (RM) cerebral, incluindo a seqüência de difusão, confirmou lesão recente no território do ramo posterior da artéria cerebral média esquerda e lesão antiga na região do ramo posterior da artéria cerebral média direita (
A paciente foi selecionada para o protocolo de pesquisa, fase I, da "Segurança e Exeqüibilidade do Transplante Autólogo de Células Mononucleares da Medula Óssea na Fase Aguda do Acidente Vascular Cerebral Isquêmico", aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa do Hospital Pró-Cardíaco e pela Comissão Nacional de Ética em Pesquisa (CONEP) em 30 de junho de 2004, e registrado sob o número CNS/9396.
No quarto dia, antes do procedimento de injeção, a imagem de RM nas seqüências de difusão e perfusão sugeriu haver uma área de penumbra isquêmica ocupando parte do território da artéria cerebral média esquerda. Tomografia computadorizada por emissão de fóton único (SPECT) cerebral com Tc-99m mostrou hipoperfusão nas regiões parietal e occiptal esquerda (
Aproximadamente 4 horas antes do procedimento de injeção, foram aspirados 50 ml de medula óssea da crista ilíaca posterior, sob sedação e analgesia local. As CMMO foram isoladas por meio de gradiente de densidade em solução de
A paciente foi encaminhada ao laboratório de intervenção cardiovascular aproximadamente trinta minutos antes do retorno das células ao hospital. Após arteriografia cerebral e cateterização da ACM esquerda, foram injetados cerca de 30x107 CMMO. Não havia obstrução da ACM esquerda ou de seus ramos. Um volume total de 3 ml, contendo 10x107 CMMO/ml, foi injetado na ACM em um intervalo de dez minutos. Durante todo o procedimento, a paciente foi monitorizada com DTC e EEG, os quais não evidenciaram sinais de microembolização (DTC) ou alterações eletroencefalográficas (EEG).
A paciente foi submetida, no sétimo dia após o transplante, aos exames complementares não-invasivos realizados antes do procedimento. Houve uma discreta diminuição da área isquêmica na seqüência de difusão da RM e de hipoperfusão pelo SPECT (
Essa foi a primeira paciente incluída em nosso estudo clínico, de fase I, da "Segurança e Exeqüibilidade do Transplante Autólogo de CMMO na Fase Aguda do Acidente Vascular Cerebral Isquêmico". Esse estudo tem por objetivo incluir dez pacientes no grupo-tratado e cinco pacientes no grupo-controle. Até o presente, este é o primeiro relato de transplante intra-arterial de CMMO na fase aguda do AVC.
Estudos consistentes sobre o uso de células-tronco na fase aguda do AVC foram realizados em modelos experimentais de isquemia focal3. Em ratos adultos, submetidos a oclusão transitória ou permanente da artéria cerebral média, diferentes tipos de células-tronco (medula óssea de camundongos, medula óssea humana, cordão umbilical humano etc.), administrados por via intravenosa ou intra-arterial, resultaram em diminuição da área isquêmica e melhor recuperação funcional comparados ao grupo-controle.
Kondziolka e cols.7 estudaram a segurança e exeqüibilidade do transplante intraparenquimatoso de 2 a 6 x 106 neurônios derivados de teratocarcinoma humano em doze pacientes com AVC de núcleos da base e déficit motor estabelecido. Não ocorreram efeitos adversos em doze meses de acompanhamento. A pontuação na escala européia de AVC (European Stroke Scale Score) melhorou em seis pacientes, e seis dos onze exames de PET-scan realizados seis meses após o procedimento evidenciaram um aumento na captação de FDG no local implantado. Um dos pacientes faleceu de infarto agudo do miocárdio 27 meses após o transplante, e estudo anatomopatológico evidenciou a existência de neurônios derivados das células transplantadas8.
As células-tronco têm capacidade de auto-renovação, de diferenciação em múltiplas linhagens celulares, e podem ser obtidas de fontes embrionárias, fetais ou adultas. O tipo celular ideal para reparo neuronal ainda é motivo de debate. As células-tronco adultas autólogas da medula óssea possuem algumas vantagens em relação às células-tronco embrionárias e outros tipos celulares: não existe risco de rejeição, não estão ligadas à formação de teratomas como as células embrionárias, e não estão relacionadas aos problemas éticos e legais9.
É desconhecido o mecanismo pelo qual as células transplantadas poderiam melhorar a recuperação funcional. Não está claro se essas células se diferenciam em neurônios ou funcionam como pequenas bombas produtoras de citocinas e fatores tróficos que estimulariam a neurogênese e angiogênese3. Redução da apoptose na área de penumbra isquêmica também tem sido proposta3. A monitorização das CMMO mediante emprego de marcadores radioativos ou magnéticos pode oferecer mais informações quanto ao mecanismo de ação das células-tronco10.
O nosso estudo de fase I foi desenhado para avaliar a segurança e exeqüibilidade do procedimento de transplante intra-arterial de CMMO em pacientes na fase aguda do AVC isquêmico. Portanto, não é possível afirmar se a evolução clínica favorável, assim como os resultados da RM e do PET estão ligados ao transplante de CMMO ou à recuperação neurológica espontânea. Melhora do edema cerebral ou recanalização arterial espontânea pode estar relacionada à melhora neurológica precoce. Mais informações sobre a segurança do procedimento serão disponíveis após a inclusão dos dez pacientes do estudo.
O uso de células autólogas da medula óssea para o tratamento do AVC é uma opção de baixo custo, relativamente simples e facilmente aplicável, caso sejam comprovadas sua segurança e eficácia. Pelo fato de o AVC ter enorme impacto social e econômico, causar importante incapacidade e sofrimento pessoal e familiar, e de não existir tratamento eficaz de amplo alcance, estudos clínicos de fase II e fase III, multicêntricos, randomizados, com transplante autólogo de células mononucleares da medula óssea, são urgentemente necessários.
Hans Fernando Rocha Dohmann Av. Nossa Senhora de Copacabana, 2/602 22010-120 - Rio de Janeiro, RJ E-mail:
Recebido em 15/12/04
Aceito em 25/07/05
Stroke is the third cause of death and the leading cause of disability in adult subjects. Although stroke mortality has been declining in some countries, stroke morbidity has been increasing due to the aging of population and patients improved survival.¹ Treatment with recombinant tissue plasminogen activator (rtPA) is successful provided it is administered within 3 hours of symptoms onset,² but its use is limited to about 5% of the patients with acute ischemic stroke. Furthermore, no neuroprotective agent has yet been proven effective in human clinical trials. The development of other therapeutic strategies is, therefore, warranted. The use of stem cells in animal models has led to functional improvement following stroke.³ Recent publications have shown that bone marrow mononuclear cells (BM-MNC) therapy through intracoronary injection is a safe procedure in patients with acute or chronic ischemic heart disease.4,5 Based on these preliminary data, there has been growing interest in the study of BM-MNC transplantation for acute ischemic stroke. We report the first case of intra-arterial autologous BM-MNC transplantation for acute ischemic stroke.
Intra-arterial autologous bone marrow mononuclear cell transplantation for acute ischemic stroke
Hospital Pró-Cardíaco, Universidade Federal do Rio de Janeiro e Instituto do Milênio de Bioengenharia Tecidual - Rio de Janeiro, RJ - Brazil
Stroke is the third cause of death and the leading cause of disability in adult subjects. Although stroke mortality has been declining in some countries, stroke morbidity has been increasing due to the aging of population and patients improved survival1. Treatment with recombinant tissue plasminogen activator (rtPA) is successful provided if it is administered within 3 hours of symptoms onset2, but its use is limited to about 5% of the patients with acute ischemic stroke. Furthermore, no neuroprotective agent has yet been proven effective in human clinical trials. The development of other therapeutic strategies is, therefore, warranted. The use of stem cells in animal models has led to functional improvement following stroke3. Recent publications have shown that bone marrow mononuclear cells (BM-MNC) therapy through intracoronary injection is a safe procedure in patients with acute or chronic ischemic heart disease4,5. Based on these preliminary data, there has been growing interest in the study of BM-MNC transplantation for acute ischemic stroke.
We report the first case of intra-arterial autologous BM-MNC transplantation for acute ischemic stroke.
A 54-year-old black woman with history of systemic arterial hypertension and ischemic stroke, and who was on phenytoin therapy, was admitted to the emergency department of another institution six hours after the onset of right hemiparesis and global aphasia. Computed tomography (CT) of the brain showed an acute ischemic lesion in the left middle cerebral artery (MCA) territory.
Three days following stroke and after the Informed Consent was obtained from her husband and son, the patient was transferred to the Pró-Cardíaco Hospital. At admission, her blood pressure was 110 x 70 mmHg and her heart rate, 85 bpm. Neurological examination showed global aphasia, right faciobrachiocrural hemiparesis and hemihypoesthesia with ipsilateral Babinski’s sign. Deep reflexes were brisk and symmetrical. The National Institute of Health Stroke Scale (NIHSS), modified Rankin Scale (mRS) and Barthel Index scores were 17, 4, and 5, respectively. Brain magnetic resonance imaging (MRI), including diffusion-weighted imaging, confirmed the presence of a recent lesion in the posterior branch of the left middle cerebral artery and an old lesion in the posterior branch of the right middle cerebral artery (
This patient was selected for the Phase I study protocol "Safety and Feasibility of Autologous Transplantation of Bone Marrow Mononuclear Cells for Acute Ischemic Stroke" previously approved by the Pró-Cardíaco’s Research and Ethics Committee and by the National Committee for Ethics on Research (Comissão Nacional de Ética em Pesquisa - CONEP) on July 30th, and filed under the No. CNS/9396.
Diffusion and perfusion MRI obtained on the fourth day before the injection procedure suggested the presence of an ischemic penumbra over part of the left middle cerebral artery territory. Brain single-photon emission computed tomography (SPECT) using Tc-99m showed hypoperfusion in the left parietal and occipital regions (
Approximately four hours before the injection procedure, 50 ml of bone marrow were aspirated, under sedation and local anesthesia, from the patient’s posterior iliac crest. Bone marrow mononuclear cells were isolated by density gradient using Ficoll-Paque Plus (Amersham Bioscienses), washed with heparinized saline containing 5% human serum albumin (HSA) and filtered through a 100-µm nylon mesh to remove cell aggregates. These cells were carefully resuspended in normal saline with 5% human serum albumin for injection. A small fraction of cell suspension was used for cell count and viability test by trypan blue exclusion test. Cell viability was > 90%, ensuring cell suspension quality.
The patient was conducted to the interventional cardiovascular laboratory approximately 30 minutes before cell transplantation. After cerebral arteriography and catheterization of the left MCA, about 30x107 of BM-MNC were injected. No obstruction was found in the left MCA or its branches. A total volume of 3 ml containing 10x107 of BM-MNC/ml was injected into the MCA in a 10-minute interval. The patient was monitored throughout the procedure by TCD and EEG, which showed no evidence of microembolization (TCD) or electroencephalographic changes (EEG).
Seven days after transplantation, the patient underwent the same non-invasive complementary examinations performed before the procedure. A slight decrease was found in the ischemic area by MRI diffusion sequence and in hypoperfusion by SPECT (
This was the first patient enrolled in our Phase I clinical trial "Safety and Feasibility of Autologous Transplantation of Bone Marrow Mononuclear Cells for Acute Ischemic Stroke". The study is intended to include 10 patients in the treatment group and five patients in the control group. This is the very first report of intra-arterial BM-MNC transplantation for acute stroke.
Consistent studies about the use of stem cells for acute stroke were performed in experimental models of focal ischemia3. In adult rats submitted to temporary or permanent MCA occlusion, the use of different types of stem cells (mouse bone marrow, human bone marrow, human umbilical cord, etc), either intravenously or intra-arterially, resulted in decreased ischemic area and better functional recovery compared to the control group.
Kondziolka et al7 studied the safety and feasibility of intraparenchymal transplantation of 2 to 6 x 106 neuronal cells derived from human teratocarcinoma in twelve patients with basal ganglia stroke and fixed motor deficits. No adverse effects were observed during a 12-month follow-up. The European Stroke Scale score improved in six patients, and six of the eleven PET-scans performed six months after the procedure showed increased FDG uptake at the site of implantation. One patient died of acute myocardial infarction 27 months after transplantation, and pathological studies showed the presence of neurons derived from the transplanted cells8.
Stem cells have the ability to self-renew as well as differentiate into multiple cell lines and may be obtained from embryonic, fetal or adult sources. Which is the best source for neuronal repair is still debatable. Autologous adult bone marrow stem cells have some advantages over embryonic stem cells and other kind of cells: there is no risk of rejection and, unlike embryonic cells, they are not associated with teratoma formation or ethical and legal issues.
The mechanism through which the transplanted cells might improve functional recovery remains unknown. It is not clear whether these cells differentiate into neurons or act as small pumps that produce cytokines and trophic factors known to stimulate neurogenesis and angiogenesis3. Decreased apoptosis in the ischemic penumbra area has also been proposed3. Bone marrow mononuclear cell monitoring using radioactive or magnetic markers may yield further information on the mechanisms of the action of stem cells10.
Our Phase I study was designed to evaluate the safety and feasibility of intra-arterial BM-MNC transplantation in patients with ischemic stroke. Therefore, we cannot say whether the favorable clinical outcome or the MRI and PET results are associated with the BM-MNC transplantation or with spontaneous neurological recovery. Either reduced cerebral edema or spontaneous arterial recanalization may be related to the early neurological improvement. Further information about safety will be available after the ten patients have been included in the study.
The use of autologous bone marrow cells for the treatment of stroke is a low-cost, relatively simple, and easy-to-perform option, once its safety and efficacy are proved. Because stroke has an enormous social and economic impact, results in major impairment and suffering for the patient and his family, and the lack of an effective, wide-range treatment, there is a pressing need for multicenter, randomized Phases II and III clinical trials with autologous bone marrow mononuclear cells.
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Hans Fernando Rocha Dohmann Av. Nossa Senhora de Copacabana, 2/602 22010-120 - Rio de Janeiro, RJ - Brazil E-mail:
Received on 12/15/04
Accepted on 07/25/05