Строение, регуляция экспрессии гена и белка нейротрофического фактора головного мозга. Моделирование гипоксии in vitro и in vivo и роль BDNF в коррекции ишемических состояний мозга. Оценка выживаемости нейронов после воздействия нормобарической гипоксии.
Аннотация к работе
Среди химических веществ, способных контролировать уровень метаболизма клетки в условиях сниженного уровня содержания кислорода, выделяют нейротрофический фактор головного мозга (англ. Нейротрофины - одни из важнейших регуляторных белков, обеспечивающих основные процессы жизнедеятельности человека и животных (Гомазков О.А., 2006, 2011), функции которых в основном связаны с работой центральной нервной системы (ЦНС). Недавними исследованиями показана возможность модулирования нейротрофическим фактором синаптической передачи в гиппокампе и некоторых отделах коры зрелого головного мозга (Rose C.R . et al., 2004, Edelman et al., 2014). TRKB) происходит активация нескольких сигнальных каскадов, обеспечивающих модулирующее действие нейротрофического фактора на синаптическую передачу сигнала в клетке, в частности при обучении (Aptowicz C.O. et al., 2004, Cunha C. et al., 2010, Leal G. et al., 2014). Таким образом, целью исследования явилось изучение нейротропного действия нейротрофического фактора головного мозга на спонтанную биоэлектрическую активность нейронных сетей гиппокампа в зависимости от стадии их развития in vitro, а также исследование антигипоксических свойств BDNF при моделировании гипоксической гипоксии in vitro и in vivo.С целью регистрации основных электрофизиологических показателей активности нейронных сетей культивирование клеток проводилось на мультиэлектроных матрицах MED64 (Alfa Med Science, Япония) и MEA60 (Multichannel Systems, Германия). Регистрация спонтанной биоэлектрической активности проводилась с помощью 60-электродных матриц и соответствующей установки МЕА60 (Multichannel Systems, Германия) в условиях нормоксии, в период 10 минутного острого эпизода гипоксии, через 120 минут после реоксигенации, а также в течение последующих 7 суток постгипоксического периода. До моделирования осрой гипобарической гипоксии проводилась оценка параметров двигательной активности и ориентировочно-исследовательской рефлекторной деятельности животных в тесте «открытое поле». Через 24 часа после ОГБГ выжившим животным в тесте «лабиринт Морриса» определяли отсроченный коэффициент сохранения долговременной памяти, в тесте «открытое поле» оценивали двигательную активность и ориентировочно-исследовательскую рефлекторную деятельность с повтором на 7 и 14 сутки после ОГБГ. В интактной группе проводили тестирование двигательной и ориентировочно-исследовательской активности в тесте «открытое поле» и навигационного научения в «лабиринте Морриса» без подъема «на смертельную площадку» в теже периоды времени (табл.Пример записи спонтанной биоэлектрической активности, регистрируемой с 1 электрода мультиэлектродной матрицы MED64 (Alfa MED Science, Япония): А - запись на 4 день развития культуры in vitro; Б - запись на 5 день развития культуры in vitro; В - запись мини-пачек на 7 день развития культуры in vitro; Г - запись сетевых пачек с 4-x электродов на 7 день развития культуры in vitro Установлено, что параметры «количество малых сетевых пачек/5 мин», «количество спайков в сетевой пачке», «длительность малой сетевой пачки импульсов» статистически достоверно не отличались от исходного уровня как в контрольной, так и в опытных группах (рис. Таким образом, аппликация нейротрофического фактора BDNF (0,1 нг/мл, 1 нг/мл) в раннем периоде развития нейронных сетей на 7 DIV не вызывала активацию спонтанной биоэлектрической активности диссоциированных культур клеток гиппокампа, но влияла на перераспределение активации нейронов в составе нейронных сетей культуры диссоциированных клеток гиппокампа. Таким образом, в результате аппликации нейротрофического фактора BDNF на 14 DIV происходило изменение спонтанной биоэлектрической активности диссоциированных культур клеток гиппокампа, регистрируемое по увеличению длительности малой сетевой пачки импульсов при отсутствии изменения в количестве спайков в пачке. Добавление на 21 DIV в среду культивирования нейротрофического фактора BDNF в концентрации 0,1 нг/мл и 1 нг/мл приводило к активации спонтанной биоэлектрической активности культур диссоциированных клеток гиппокампа только при аппликации BDNF в концентрации 1 нг/мл.Настоящая работа была посвящена изучению нейротропного действия ключевого представителя семейства нейротрофинов - нейротрофического фактора головного мозга (BDNF), на разных этапах развития диссоциированных культур клеток гиппокампа in vitro, а также исследованию антигипоксических свойств BDNF при моделировании гипоксической гипоксии in vitro и in vivo. Кроме того, на основе данного метода нами был предложен инновационный подход к моделированию острой нормобарической гипоксии in vitro при одновременной неинвазивной мультиэлектродной регистрации биоэлектрической активности нейронов, который позволил определить особенности работы нейронных сетей диссоциированных культур, как во время гипоксии, так и в течение отдаленного постгипоксического периода. В результате проведенных исследований было показано, что нейротрофический фактор головного мозга BDNF модулирует спонтанную био