Ученые из России и Тайваня разработали и успешно испытали новую модель черепно-мозговой травмы (ЧМТ) у рыбок зебраданио (Danio rerio). Применение этой модели позволило смоделировать ЧМТ и выявить молекулярные мишени, перспективные для лечения нейротравм и их последствий. Это открывает путь к доклиническому тестированию на зебраданио новых нейропротекторных препаратов. Статья с описанием исследований опубликована в журнале Рharmaceutics.

Наиболее распространенные экспериментальные модели черепно-мозговой травмы и у грызунов, и у зебраданио, такие как механический удар по голове или прокалывание мозга иглой, связаны с проникающими повреждениями тканей головного мозга. В новой модели удалось исследовать рыбок относительно безопасно для них. Благодаря тому, что кожа и череп использованной разновидности зебраданио прозрачны, ученые «просветили» непосредственно мозг, причем неинвазивно. Их метод основан на облучении головного мозга рыбок уникальной лазерной установкой с системой точного наведения, которая была специально разработана под эти цели.

«Более того, в данной работе локализация, мощность и продолжительность лазерного облучения были тщательно отрегулированы и оптимизированы. Наш метод позволяет точечно воздействовать на головной мозг рыб, несмотря на их маленький размер, поэтому все нежелательные повреждения были исключены. Поверхностные ткани организма не подвергались разрушительному воздействию, и ни одна рыбка в результате облучения не погибла», — поясняет руководитель исследования Алан Калуев.

Через 10 минут после облучения лазером рыбки пришли в сознание. Однако в первые два дня облученные зебраданио двигались гораздо менее активно: реже, медленнее, преодолевая более короткие расстояния, чаще и надолго замирая на месте. Это свидетельствовало о серьезных нарушениях нормального поведения рыбок с ЧМТ. То, что их реакции точно воспроизводили поведение млекопитающих и человека с ЧМТ, говорило о достоверности разработанной модели.

Вместе с тем, проанализировав несколько молекулярных биомаркеров нейровоспаления, повреждения и восстановления нейронов, ученые убедились, что, в отличие от млекопитающих, эти зебраданио способны к полному восстановлению функций мозга уже через неделю после нейротравмы. Поэтому они могут быть особенно интересны для выявления и изучения механизмов нейрорегенерации и для доклинического испытания соответствующих лекарственных препаратов.

«Мы оценили несколько потенциальных молекулярных мишеней для выявления механизмов терапии черепно-мозговых травм и их последствий. Полученные результаты показали, что, во-первых, на протяжении всего периода наблюдений в головном мозге зебраданио была активирована микроглия — клетки центральной нервной системы, которые как устраняют клеточный мусор и другие вредоносные факторы, так и запускают регенеративные процессы. По-видимому, активация микроглии играет важную роль в ответе организма на первичную черепно-мозговую травму в ее острой фазе. В то же время длительная и чрезмерная активация микроглии может вызвать дальнейшие повреждения мозга. Таким образом, регулирование активности микроглии может представлять собой перспективный подход в терапии ЧМТ», — отмечает Алан Калуев.

Во-вторых, особое внимание ученых привлек один из биомаркеров — мозговой белок-нейротрофин BDND, который поддерживает размножение, выживание и развитие нейронов. Значительно снизившись сразу после облучения, экспрессия BDNF скачкообразно сравнялась с показателями рыбок из контрольной группы также на седьмой день.

«Мы считаем, что BDNF способствует выживанию и полному функциональному восстановлению поврежденной ткани головного мозга в данной новой модели ЧМТ. Таким образом, этот белок, как и его аналоги, могут обладать особым терапевтическим потенциалом при ЧМТ», — комментирует ученый.

Проведенные исследования и полученные результаты имеют серьезное практическое значение, так как нейротравмы ежегодно поражают около 60 млн человек в мире, часто приводя к госпитализации, постоянной инвалидности, смерти. Причинами таких травм чаще всего являются толчки, удары, падения, проникающие ранения головы, например, вследствие занятия спортом, ДТП или нападения. Важно и то, что ЧМТ могут предрасполагать к таким серьезным нейродегенеративным расстройствам, как болезни Альцгеймера и Паркинсона. При этом именно легкие бытовые ЧМТ являются наиболее распространенным типом нейротравмы и требуют как углубленного изучения на молекулярном, клеточном и поведенческом уровнях, так и новых, продуктивных методов их лечения.

Отметим, работа проведена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 20-65-46006). Руководитель исследования – Алан Калуев – профессор РАН, член Европейской академии, ведущий научный сотрудник НИИ нейронаук и медицины, профессор Санкт-Петербургского государственного университета и Научно-технологического университета «Сириус», ведущий научный сотрудник Уральского федерального университета и Московского физико-технического института. Он также является ведущим ученым в рамках исследований, которые проводятся на базе Новосибирского НИИ нейронаук и медицины (лаборатория Тамары Амстиславской и Марии Тихоновой).

 

Информация и фото предоставлены пресс-службой Уральского федерального университета