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Effect of Combination Therapy with Neuroprotective and Vasoprotective Agentson Cerebral Ischemia

Published online by Cambridge University Press:  14 May 2018

Jiping Yang*
Affiliation:
Department of Medical Imaging, The Second Hospital of Hebei Medical University, Shijiazhuang, Hebei Province, China.
Bei Yang
Affiliation:
Department of Medical Imaging, The Second Hospital of Hebei Medical University, Shijiazhuang, Hebei Province, China.
Baoxin Xiu
Affiliation:
Department of Medical Imaging, The Second Hospital of Hebei Medical University, Shijiazhuang, Hebei Province, China.
Jinchong Qi
Affiliation:
Department of Medical Imaging, The Second Hospital of Hebei Medical University, Shijiazhuang, Hebei Province, China.
Huaijun Liu
Affiliation:
Department of Medical Imaging, The Second Hospital of Hebei Medical University, Shijiazhuang, Hebei Province, China.
*
Correspondence to: Jiping Yang, Department of Medical Imaging, The SecondHospital of Hebei Medical University, 215 West Heping Road, Shijiazhuang, 050000, HebeiProvince, China. Email: ran0511@sina.com
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Abstract

Because most tested drugs are active against only one of the damaging processesassociated with stroke, other mechanisms may cause cellular death. Thus, a combination ofprotective agents targeting different pathophysiological mechanisms may obtain bettereffects than a single agent. The major objective of this study was to investigate theeffect of combination therapy with vascular endothelial growth factor (VEGF) and nervegrowth factor (NGF) after controlled ischemic brain injury in rabbits.Methods: Animals were randomly assigned to one of thefollowing groups: sham group, saline-treated control group or NGF+VEGF-treated group.Animals received an intracerebral microinjection of VEGF and NGF or saline at 5 or 8 hoursafter ischemia. The two specified time points of administration were greater than or equalto the existing therapeutic time window for monoterapy with VEGF or NGF alone (3 or 5hours of ischemia). Infarct volume, water content, neurological deficits, neural cellapoptosis and the expression of caspase-3 and Bcl-2 were measured.Results: Compared with saline-treated controls, thecombination therapy of VEGF and NGF significantly reduced infarct volume, water content,neural cell apoptosis and the expression of caspase-3, up-regulated the expression ofBcl-2 and improved functional recovery (both p<0.01) when administered5 or 8 hours after ischemia. The earlier the administration the better theneuroprotection. Conclusions: These results showed that thecombination therapy with VEGF and NGF provided neuroprotective effects. In addition, thetime window of combination treatment should be at least 8 hours after ischemia, which waswider than monotherapy. RÉSUMÉ:Les effets d’une polythérapie combinant agents neuro-protecteurs et agentsvasoprotecteurs dans les cas d’ischémie cérébrale.Contexte:Étant donné que la plupart des médicaments préalablementtestés tendent à n’agir contre seulement un des processus de dommage associés aux AVC, ilest possible que d’autres processus entraînent une mort cellulaire. À cet effet, il sepourrait qu’une combinaison d’agents protecteurs ciblant divers mécanismesphysiopathologiques permette d’obtenir de meilleurs résultats qu’un simple agent. Aprèsavoir suscité de façon contrôlée des lésions cérébrales ischémiques chez des lapins,l’objectif principal de la présente étude a donc été de se pencher sur l’impact d’unepolythérapie combinant la protéine dite « facteur de croissance de l’endothéliumvasculaire » (ou « VEGF » en anglais) avec le « facteur de croissance des nerfs » (ou «NGF » en anglais). Méthodes: Les animaux ont été attribués au hasard à l’un desgroupes suivants : ceux ayant reçu un traitement fictif ; ceux, du groupe témoin, ayantbénéficié d’un traitement à base de solution saline ; et finalement ceux ayant été traitésau moyen des VEGF et NGF. À noter que les lapins ont reçu une micro-injectionintracérébrale de VEGF et de NGF ou de solution saline 5 heures ou 8 heures à la suite deleur AVC. Ces deux délais d’administration des VEGF et NGF sont équivalents ou supérieursaux délais actuels d’administration des VEGF ou NGF à titre de monothérapie (3 heures ou 5heures à la suite d’un AVC). Tant le volume des infarctus, le contenu en eau, les déficitsneurologiques ainsi causés, l’apoptose des neurones que l’expression des protéases caspase3 et des protéines Bcl-2 ont été mesurés. Résultats: Si on la compare au traitement à base de solution saline administré au groupetémoin, la polythérapie à base de VEGF et de NGF, lorsqu’administrée 5 heures ou 8 heuresà la suite de l’AVC, a su réduire de façon notable le volume des infarctus, le contenu eneau, l’apoptose des neurones et l’expression des protéases caspase 3. Elle a égalementpermis de réguler à la hausse l’expression des protéines Bcl-2 en plus d’entraîner uneamélioration de la récupération fonctionnelle (p < 0,01 pour ces deuxaspects). Ainsi donc, plus tôt l’on opte pour cette polythérapie, meilleure sera laneuroprotection encourue. Conclusions: Ces résultats démontrent que la polythérapie à base de VEGF et de NGF procuredes effets neuroprotecteurs. Quant au délai d’administration de ce traitementcombinatoire, il devrait être d’au moins 8 heures à la suite d’un AVC, ce qui est plusélevé que la monothérapie.

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Original Article
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Copyright © The Canadian Journal of Neurological Sciences Inc. 2018 
Figure 0

Figure 1 Quantitative effects of combination therapy with vascular endothelial growth factor (VEGF) and nerve growth factor (NGF) on infarct volume after middle cerebral artery occlusion (MCAO) (mean±SD). At 72 hours of MCAO compared to saline-treated group combination therapy with VEGF and NGF at 5 and 8 hours after MCAO significantly reduced infarct volume. *Saline-treated control group p<0.01.

Figure 1

Table 1 Neurological deficit scores in the vascular endothelial growth factor+nerve growth factor (VEGF+NGF)-treated and saline-treated rabbits (mean±SD)

Figure 2

Figure 2 Immunohistochemical staining for caspase-3 in the penumbral cortex after 72 h of middle cerebral artery occlusion (MCAO). The photomicrographs showed caspase-3 expression in the penumbral cortex of animals that received combination therapy of vascular endothelial growth factor (VEGF) and vascular endothelial growth factor at 5 hours (A) and 8 hours (B) after MCAO and saline (C). Bar=20 µm. (D) Quantification of caspase-3 expression in the penumbral cortex after 72 hours of MCAO. *Saline-treated control group p<0.01. #Sham group p<0.01.

Figure 3

Figure 3 Immunohistochemical staining for Bcl-2 in the penumbral cortex after 72 hours of middle cerebral artery occlusion (MCAO). The photomicrographs showed Bcl-2 expression in the penumbral cortex of animals that received combination therapy of vascular endothelial growth factor and vascular endothelial growth factor at 5 hours (A) and 8 hours (B) after MCAO and saline (C). Bar=20 µm. (D) Quantification of Bcl-2 expression in the penumbral cortex after 72 hours of MCAO. *Saline-treated control group p<0.01. #Sham group p<0.01.