Characterization of a novel stem cell population with neuronal differentiation potential residing in the leptomeningeal niche

Cellule staminali con potenzialità differenziativa neurale sono cararatterizzate dall’espressione di nestina e risiedono in specifiche aree dell’encefalo, quali l’ippocampo, la zona sottoventricolare (SVZ) e il bulbo olfattivo. Questo lavoro si basa sul’ipotesi che altre strutture encefaliche possano contenere nicchie di cellule staminali neurali. Noi ci siamo focalizzati nell’esplorare la porzione comprendente i primi strati corticali e le leptomeningi, poichè in questa regione, interazioni spazio-temporali tra le cellule assicurano la corretta corticogenesi. Il nostro lavoro ha identificato la presenza di una popolazione di cellule nestina-positive nelle leptomeningi di ratto durante lo sviluppo fino all’età adulta. Queste cellule nestina-positive possono essere estratte ed espanse in vitro sia come neurosfere, mostrando elevata similitudine con le neurosfere ottenute da staminali neurali di SVZ, che come coltura omogenea di cellule con caratteristiche di staminalità. La popolazione di cellule staminali espansa in vitro può essere indotta a differenziare con elevata efficienza in cellule eccitabili con fenotipo e morfologia neuronale. Trapiantate in un encefalo di ratto adulto, queste cellule sopravvivono e differenziano in neuroni, mostrando quindi che il potenziale differenziativo neurale è mantenuto anche in vivo. In conclusione, questi dati evidenziano l’esistenza di una popolazione di cellule immature con potenziale differenziativo neuronale residenti nelle leptomeningi per tutta la durata della vita. Considerando che le leptomeningi ricoprono l’intero sistema nervoso centrale, questi risultati potrebbero avere ripercussioni importanti nell’ambito della medicina rigenerativa applicata alle patologie neurologiche e per studi concernenti lo sviluppo corticale.

Stem cells capable of generating neural differentiated cells are recognized by the expression of nestin and reside in specific regions of the brain, namely hippocampus, subventricular zone (SVZ), and olfactory bulb. Our work hypotesis is based on the assumption that other brain sites could host NSC niches. We were interested in exploring the region between leptomeninges and the first layers of the cerebral cortex. In this region, spatial-temporal interactions amongst environmental cells ensure the correct cortex development. In this work, we show that nestin-positive cells are present in rat leptomeninges during development up to adulthood. The newly identified nestin-positive cells can be extracted and expanded in vitro both as neurospheres, displaying high similarity with SVZ-derived neural stem cells, and as homogeneous cell population with stem cell features. In vitro expanded stem cell population can differentiate with high efficiency into excitable cells with neuronal phenotype and morphology. Once injected into adult brain, these cells survive and differentiate into neurons, thus showing that their neuronal differentiation potential is operational also in vivo. In conclusion, our data provide evidence that a specific population of immature cells endowed of neuronal differentiation potential is resident in the leptomeninges throughout the life. As leptomemniges cover the entire central nervous system, these findings could have relevant implications for studies on cortical development and for regenerative medicine applied to neurological disorders.