Significance Patients suffering from ischemic strokes have limited therapeutic options and are often left with considerable disabilities. To promote neurological recovery, angiogenesis has been proposed as a promising therapeutic target. So far, experimental efforts to enhance vessel growth have almost exclusively focused on vascular growth factor supplementation; this approach has been shown not to be clinically viable due to hemorrhagic risks. Here, we pursued an alternative approach by targeting the guidance molecule Nogo-A, which has been recently shown to inhibit developmental central nervous system angiogenesis. Blockage of the Nogo-A pathway results in restoration of a mature vascular bed within the periinfarct zone. Moreover, we observe enhanced recovery-associated tissue responses and regain of motor functions that strongly correlate with vascular growth.

Abstract Angiogenesis is a key restorative process following stroke but has also been linked to increased vascular permeability and blood brain barrier (BBB) disruption. Previous pre-clinical approaches primarily focused on the administration of vascular endothelial growth factor (VEGF) to promote vascular repair after stroke. Although shown to improve angiogenesis and functional recovery from stroke, VEGF increased the risk of blood brain barrier disruption and bleedings to such an extent that its clinical use is contraindicated. As an alternative strategy, antibodies against the neurite growth inhibitory factor Nogo-A have recently been shown to enhance vascular regeneration in the ischemic central nervous system (CNS); however, their effect on vascular permeability is unknown. Here, we demonstrate that antibody-mediated Nogo-A neutralization following stroke has strong pro-angiogenic effects but does not increase vascular permeability as opposed to VEGF. Moreover, VEGF-induced vascular permeability was partially prevented when VEGF was co-administered with anti-Nogo-A antibodies. This study may provide a novel therapeutic strategy for vascular repair and maturation in the ischemic brain.

Patients who survive a stroke have an increased risk for recurrent vascular events. The mechanisms underlying the events are barely understood. A recent study suggests that stroke-enhanced atherosclerosis is induced through brain-released alarmins, which lead to systemic vascular inflammation and plaque formation. Interfering with these processes may lead to novel therapeutic approaches. Patients who survive a stroke have an increased risk for recurrent vascular events. The mechanisms underlying the events are barely understood. A recent study suggests that stroke-enhanced atherosclerosis is induced through brain-released alarmins, which lead to systemic vascular inflammation and plaque formation. Interfering with these processes may lead to novel therapeutic approaches.

Abstract Severe spinal cord injuries result in permanent paraparesis in spite of the frequent sparing of small portions of white matter. Spared fibre tracts are often incapable of maintaining and modulating the activity of lower spinal motor centres. Effects of rehabilitative training thus remain limited. Here, we activated spared descending brainstem fibres by electrical deep brain stimulation of the cuneiform nucleus of the mesencephalic locomotor region, the main control centre for locomotion in the brainstem, in adult female Lewis rats. We show that deep brain stimulation of the cuneiform nucleus enhances the weak remaining motor drive in highly paraparetic rats with severe, incomplete spinal cord injuries and enables high-intensity locomotor training. Stimulation of the cuneiform nucleus during rehabilitative aquatraining after subchronic (n = 8 stimulated versus n = 7 unstimulated versus n = 7 untrained rats) and chronic (n = 14 stimulated versus n = 9 unstimulated versus n = 9 untrained rats) spinal cord injury re-established substantial locomotion and improved long-term recovery of motor function. We additionally identified a safety window of stimulation parameters ensuring context-specific locomotor control in intact rats (n = 18) and illustrate the importance of timing of treatment initiation after spinal cord injury (n = 14). This study highlights stimulation of the cuneiform nucleus as a highly promising therapeutic strategy to enhance motor recovery after subchronic and chronic incomplete spinal cord injury with direct clinical applicability.

Neurogenic lower urinary tract dysfunction typically develops after spinal cord injury. We investigated the time course and the anatomical changes in the spinal cord that may be causing lower urinary tract symptoms following injury. Rats were implanted with a bladder catheter and external urethral sphincter electromyography electrodes. Animals underwent a large, incomplete spinal transection at the T8/9 spinal level. At 1, 2–3, and 4 weeks after injury, the animals underwent urodynamic investigations. Urodynamic investigations showed detrusor overactivity and detrusor-sphincter-dyssynergia appearing over time at 3–4 weeks after injury. Lower urinary tract dysfunction was accompanied by an increase in density of C-fiber afferents in the lumbosacral dorsal horn. CRF-positive Barrington's and 5-HT-positive bulbospinal projections drastically decreased after injury, with partial compensation for the CRF fibers at 3–4 weeks. Interestingly, a decrease over time was observed in the number of GABAergic neurons in the lumbosacral dorsal horn and lamina X, and a decrease of glutamatergic cells in the dorsal horn. Detrusor overactivity and detrusor-sphincter-dyssynergia might therefore arise from a discrepancy in inhibitory/excitatory interneuron activity in the lumbosacral cord as well as input changes which develop over time after injury. The processes point to spinal plastic changes leading to malfunction of the important physiological pathway of lower urinary tract control.