INTRAMUSCULAR MESENCHYMAL STEM CELL APPLICATION WITH BORIC ACID REDUCE LDH DURING AN EXHAUSTIVE SWIM EXERCISE

Technisches Resümee: Intramuskuläre Anwendung von mesenchymalen Stammzellen mit Borsäure reduziert LDH während erschöpfender Schwimmeinheiten

Problemstellung
Intensive körperliche Betätigung induziert Schäden an der Skelettmuskulatur, die durch den Verbrauch von Energiesubstraten, die Akkumulation von Stoffwechselnebenprodukten (wie Laktat) und die Freisetzung intrazellulärer Enzyme wie der Laktatdehydrogenase (LDH) in den Blutkreislauf gekennzeichnet sind. Dieser Schaden führt zu Muskelermüdung, reduzierter sportlicher Leistungsfähigkeit und verzögerter Erholung. Während regenerative Therapien unter Verwendung von mesenchymalen Stammzellen (MSCs) vielversprechende Ansätze zur Gewebereparatur zeigen, bestehen weiterhin Herausforderungen hinsichtlich der Zellviabilität, Proliferation und der Effizienz der Transplantation. Zudem ist die spezifische Rolle von Borsäure (BA), die bekannt dafür ist, die Hormonregulation und die Knochengesundheit zu beeinflussen, bei der Verbesserung der MSC-Transplantation und der Milderung von belastungsinduzierter Muskelermüdung bisher unzureichend untersucht. Diese Studie adressiert das Bedürfnis nach neuartigen Wirkstoffen, um die Wirksamkeit von MSCs zu steigern und Strategien zur schnellen Erholung zu verbessern.

Methodik
Die Studie verwendete 30 weibliche Wistar-Albino-Ratten, die in sechs Gruppen unterteilt wurden (n=6 pro Gruppe): Kontrolle, Belastung (Ex), Ex + Borsäure (BA), Ex + MSCs, Ex + MSCs + BA (Verabreichung nach der Belastung) sowie Ex + MSCs + BA (Verabreichung vor der Belastung). Zusätzlich wurden 5 Ratten für die Isolierung von Knochenmark-MSCs verwendet.

• Belastungsprotokoll: Die Ratten unterzogen sich über 15 Tage einem erschöpfenden Schwimmregime, das in drei Phasen unterteilt war. Phase 1 war eine Adaptationsphase; die Phasen 2 und 3 beinhalteten Schwimmen bis zur Erschöpfung. Die Erschöpfungszeit wurde täglich aufgezeichnet.
• Intervention: Knochenmark-abgeleitete MSCs (1x10⁶ Zellen/1 ml) wurden isoliert und kultiviert. Die Dosierungen von Borsäure wurden zunächst in der Zellkultur optimiert, um die Zellviabilität sicherzustellen. Intramuskuläre Injektionen von MSCs und/oder BA (10 µg) wurden in die Musculus gastrocnemius injiziert. Der Zeitpunkt der Verabreichung variierte je nach Gruppe (z. B. unmittelbar nach der zweiten Belastungsphase).
• Messungen:
  • Physiologisch: Erschöpfungszeit, Körpergewicht und Körpertemperatur wurden überwacht.
  • Biochemisch: Blutplasma-Proben wurden 24 Stunden nach der Belastung gesammelt, um Laktat- und Laktatdehydrogenase-Spiegel (LDH) zu messen.
  • Histologisch: Gewebe des Musculus gastrocnemius-soleus wurde fixiert, geschnitten und mit Hämatoxylin-Eosin (H&E) gefärbt. Die Analyse konzentrierte sich auf Leukozyteninfiltration, Integrität der Muskelfasern, Z-Band-Fluktuationen und das Vorhandensein zentral gelegener Kerne (Indikator für Regeneration).
• Statistische Analyse: Die Daten wurden mittels Student's t-Test, Mann-Whitney-U-Test und einwegiger ANOVA mit Post-hoc-Korrekturen analysiert. Die Signifikanz wurde auf p < 0,05 festgelegt.

Wesentliche Ergebnisse

• Erschöpfungszeit: Die Kombination aus MSCs und BA erhöhte die Erschöpfungszeit im Vergleich zur reinen Belastungsgruppe signifikant. Insbesondere erhöhte die Verabreichung von MSCs und BA vor der Belastung die Erschöpfungszeit um etwa das 6-Fache, während die Verabreichung nach der Belastung sie um das 4,5-Fache steigerte. BA allein steigerte die Zeit um das 2,5-Fache und MSCs allein um das 4-Fache.
• Laktatdehydrogenase (LDH): Die Studie stellte fest, dass die Kombination von MSCs und BA die LDH-Werte nach erschöpfender Belastung senkte, was auf eine Reduktion der Schädigung der Muskelmembran hindeutet. Die Zusammenfassung weist jedoch auf eine statistische Nuance hin, wonach die Senkung der LDH in der kombinierten Gruppe im Abstract-Text als p > 0,05 angegeben wurde, in der Diskussion und im Fazit jedoch als vorteilhafte Reduktion beschrieben wird.
• Laktatwerte: Im Gegensatz zur traditionellen Sichtweise, dass hohes Laktat Ermüdung anzeigt, beobachtete die Studie, dass Gruppen, die MSCs und BA erhielten, signifikant erhöhte Laktatwerte aufwiesen (p = 0,05). Die Autoren interpretieren dies als Zeichen dafür, dass der Eintritt der Erschöpfung verzögert wurde, was eine längere Belastung und eine höhere Laktatproduktion vor der Erschöpfung ermöglichte.
• Histologische Befunde: Die Belastungsgruppe zeigte signifikante Störungen der Muskelfasern, Leukozyteninfiltration und Verlust der Integrität. Im Gegensatz dazu zeigten die MSC- und MSC+BA-Gruppen Muskelregeneration, belegt durch zentral gelegene Kerne und Muskelfasern, die der normalen Struktur der Kontrollgruppe näher kamen.
• Physische Merkmale: Die Körpertemperatur war in den Gruppen, die BA und MSCs erhielten, signifikant niedriger als in der reinen Belastungsgruppe, was auf eine Milderung der belastungsinduzierten Hyperthermie hindeutet.

Bedeutung und Ansprüche
Die Autoren behaupten, dass dies die erste Studie ist, welche die intramuskuläre Anwendung von Borsäure in Kombination mit mesenchymalen Stammzellen zur Behandlung von belastungsbedingten Muskelschäden untersucht. Die primäre Bedeutung der Arbeit liegt in dem Nachweis, dass:

1. Verbesserte Ausdauer: Die MSCs-BA-Kombination verbessert die Schwimmeigenleistung signifikant und verzögert den Eintritt der Erschöpfung.
2. Muskelregeneration: Histologische Belege bestätigen, dass diese Kombination die Muskelregeneration fördert, erkennbar an zentral gelegenen Kernen und reduzierten Gewebeschäden.
3. Protektiver Mechanismus: Die Behandlung scheint das Muskelgewebe vor den mit erschöpfender Belastung einhergehenden Schäden zu schützen, wie durch niedrigere LDH-Werte und reduzierte histologische Schadenswerte belegt wird.
4. Neuartiger therapeutischer Ansatz: Die Studie legt nahe, dass Borsäure als unterstützendes Agens dienen kann, um die Viabilität und das therapeutische Potenzial von MSCs in der zellulären Therapie zur sportlichen Erholung zu erhöhen.

Die Arbeit kommt zu dem Schluss, dass, obwohl weitere Studien mit unterschiedlichen Dosierungen und Kombinationen notwendig sind, die intramuskuläre Verabreichung von Borsäure mit MSCs eine vorteilhafte Strategie zur Verbesserung der sportlichen Leistungsfähigkeit und zur Beschleunigung der Erholung nach erschöpfender Belastung darstellt.