The Potential Therapeutic Effects of Agmatine, Methylprednisolone, and Rapamycin on Experimental Spinal Cord Injury

Abstract

Amaç: Omurilik yaralanmasında (SCI), birincil mekanik hasar nöroinflamatuar bir yanıta yol açar ve ikincil nöronal hasar, reaktif oksijen türlerinin (ROS) salınmasına yanıt olarak ortaya çıkar. Enflamasyonun baskılanmasına ek olarak otofaji, ikincil SCI sırasında nöronların hayatta kalmasında önemli bir rol oynar. Bu çalışmada agmatin ve rapamisinin SCI'deki antiinflamatuar ve otofajik etkilerinin incelenmesi ve sonuçların klinikte kullanılan metilprednizolon (MP) ile karşılaştırılması amaçlandı. Gereç ve Yöntem: Hayvan bazlı bu deneysel çalışmada, otuz adet yetişkin erkek Sprague-Dawley sıçanı sham-kontrol, yaralanma, yaralanma+MP, yaralanma+rapamisin, yaralanma+agmatin grupları olmak üzere rastgele beş gruba ayrıldı. Bir dakika boyunca bir anevrizma klipsi kullanılarak omuriliğin T7-8-9 segmentlerinin sıkıştırılmasıyla SCI indüklendi ve ardından sıçanlar 7 gün boyunca günlük olarak tedavi edildi. Tedaviden yedi gün sonra, histopatolojik ve transmisyon elektron mikroskobu (TEM) skorları kullanılarak mikroskobik ve biyokimyasal incelemeler için kurban edilen sıçanların hasarlı omurilik dokuları toplandı. Malondialdehit (MDA) ve glutatyon peroksidaz (GPx) düzeyleri spektrofotometrik olarak ölçüldü. Bulgular: Bu çalışmanın sonuçları rapamisin grubunda hasarlı alanın MP grubuna göre daha küçük olduğunu gösterdi. Rapamisin grubunda çok sayıda otofajik vakuol ve makrofaj gözlendi. Elektron mikroskobik gözlemlerde SCI'de akson, miyelin dejenerasyonu ve geniş ödem gözlendi. Parçalanmış miyelin lamelleri ve kasılmış aksonlar da kaydedildi. Yaralanma grubunda MDA ve GPx düzeyleri artarken, agmatin ve MP gruplarında MDA düzeyleri anlamlı düzeyde azalırken, rapamisin grubunda GPx düzeyleri anlamlı olarak azaldı. Sonuç: Çalışmamızın sonuçları rapamisin ve agmatinin omurilik yaralanmasının sekonder hasarında etkili bir tedavi olabileceğini doğruladı.

Objective: In spinal cord injury (SCI), the primary mechanical damage leads to a neuroinflammatory response and the secondary neuronal injury occurs in response to the release of reactive oxygen species (ROS). In addition to the suppression of inflammation, autophagy plays a significant role in the survival of neurons during secondary SCI. The present study aimed to examine the anti-inflammatory and autophagic effects of agmatine and rapamycin in SCI and to compare the results with methylprednisolone (MP) used in the clinic. Materials and Methods: In this animal-based experimental study, thirty adult male Sprague-Dawley rats were randomly divided into five groups as sham-control, injury, injury+MP, injury+rapamycin, injury+agmatine groups. SCI was induced by compressing the T7-8-9 segments of the spinal cord, using an aneurysm clip for one minute, and then rats were treated daily for 7 days. Seven days post-treatment, damaged spinal cord tissues of sacrificed rats were collected for microscopic and biochemical examinations using histopathologic and transmission electron microscope (TEM) scores. Malondialdehyde (MDA) and glutathione peroxidase (GPx) levels were spectrophotometrically measured. Results: The results of this study showed that the damaged area was smaller in the rapamycin group when compared to the MP group. Many autophagic vacuoles and macrophages were observed in the rapamycin group. Degeneration of axon, myelin, and wide edema was observed in SCI by electron microscopic observations. Fragmented myelin lamellae and contracted axons were also noted. While MDA and GPx levels were increased in the injury group, MDA levels were significantly decreased in the agmatine and MP groups, and GPx levels were decreased in the rapamycin group. Conclusion: The results of our study confirmed that rapamycin and agmatine can be an effective treatment for secondary injury of SCI.