Регистрация / Вход
Прислать материал

Механизмы выживания нейронов при инсульте

Номер контракта: 14.616.21.0039

Руководитель: Зинченко Валерий Петрович

Должность: Заведующий лабораторией

Организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Пущинский научный центр биологических исследований Российской академии наук"
Организация докладчика: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биофизики клетки Российской академии наук

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
инсульт, ишемия, воспаление, гипервозбудимость, кальций, pi3-киназный путь, интерлейкин-10, нейрон, гемато-энцефалический барьер, наночастицы

Цель проекта:
Цель настоящих исследований состоит в том, чтобы понять роль противовоспалительных процессов в выживании нейронов и использовать знание противовоспалительных сигнальных каскадов для их активации с целью купирования последствий ишемии мозга.

Основные планируемые результаты проекта:
Используя ультрасовременные технологии, мы выясним механизмы селективной гибели нейронов при ишемии, определим, как противовоспалительные воздействия и сигнальные пути защиты влияют на эту гибель. Комбинация уникальных моделей на животных с широким спектром уникальных методик внесет значительный вклад в понимание того, как вследствие ишемии воспаление вызывает повреждение мозга и разрушает функционирование нейронов. Мы планируем установить новые защитные сигнальные пути, и предложить новые модели для восстановления нейронов и новые способы влияния на восстановление ткани после инсульта. Мы покажем механизмы взаимодействия между иммунными медиаторами, гемато- энцефалическим барьером мозга и нейрональной активностью при ишемическом инсульте. Все они представляют очень многообещающую терапевтическую мишень, так как локальные иммунные реакции после инсульта увеличивают повреждение ткани, а противовоспалительные медиаторы являются протекторами. Кроме того, воздействие на тромбо-воспаление в гемато- энцефалическом барьере мозга может быть весьма эффективным, потому что тромбоз и воспаление представляют два наиболее опасных патофизиологических последствий ишемического инсульта. Полученные результаты будут способствовать развитию современного состояния науки и повлияют на существующие подходы в экспериментальных исследованиях инсульта. Исследование воспалительного процесса, происходящего в гемато-энцефалическом барьере мозга. Исследование противовоспалительных и защитных сигнальных путей, активируемых цитокином IL-10. Результатом нашего консорциума будет создании сети лабораторий/институтов, которая объединит фундаментальные исследования с клиническими. Хотя в течение 3 лет программы финансирования проекта фактически невозможно перейти от исследований на животных к клиническим испытаниям, мы ожидаем, что к моменту окончания проекта сможем предложить основную схему нового способа лечения и для людей.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Будет создан новый подход лечения инсультов, который может уменьшить нетрудоспособность и увеличить степень восстановления после инсульта. Новизна предлагаемого метода защиты нейронов от гибели при ишемии состоит в комплексном подходе, включающем использование схемы активации производства эндогенных ингибиторов воспаления и гиперактивности с помощью суперагониста CD28; изготовление и применение наноантител, взаимодействующих с рецептором IL-10; применение активаторов сигнального PI3-киназного защитного пути; других агонистов рецепторов, сопряженных с активацией сигнальных путей защиты.
В проекте впервые будут применены новейшие методы, включая Метод ECoG (Electrocorticogram) для анализа нейронной активности у свободно-передвигающихся животных. При этом в голову анастезированных мышей имплантируется 16 электродов, которые будут непрерывно записывать активность мозга в течение 14 дней. Для изучения воздействия IL-10 на гематоэнцефалический барьер и наблюдения размеров ишемической области в режиме реального времени будет использован мощный магнитно-резонансный нейроимидж (magnetic resonance imaging) MRI 17.6T на свободно-живущих животных. Также для неинвазивной визуализации окклюзии сосудов после инсульта будет использован MR-фтор имиджинг (19F MRI). За миграцией флуоресцирущих IL-10-производящих клеток после инсульта будем следить in vivo с помощью прижизненной конфокальной микроскопии, используя конструкцию IL-10 GFP мышей.
В настоящее время основные клеточные и молекулярные процессы и их связь с выживанием нейронов все еще плохо понятны. Тем не менее, существует ряд работ, выводы которых подтверждают правильность выбранного нами направления. Так, при различных заболеваниях, таких как рассеянный склероз, ревматоидный артрит и другие аутоиммунные и воспалительные заболевания, IL-10 описан как ключевой цитокин подавления воспаления. Терапевтическое применение IL-10 также показало нейропротекцию при экспериментальном инсульте. Например, показано, что регуляторные T-клетки и, особенно секреция ими IL-10, могут сильно ингибировать воспалительную реакцию и улучшить последствия инсульта (Liesz et al.,2009). Точно так же непосредственное введение IL-10 в желудочек уменьшало размер зоны инсульта (Spera et al., 1998). Введение IL-10 в шейную вену значительно уменьшает инфарктную зону (Tukhovskaya et al., 2014). Показано также, что само воспаление может усилить развитие инфаркта (Nieswandt et al., 2011). Мы и другие показали, что блокирование функции тромбоцитов или рекрутирования или плазматической коагуляции улучшает последствия инсульта, не только уменьшая размеры тромба, но также и уменьшая локальный постишемический воспалительный ответ (Kleinschnitz et al., 2009; De Meyer et al., 2010).
Понимание механизмов выживания нейронов и его связи с воспалением после инсульта пока еще очень ограничено. Ранее мы разработали на гиппокампальных нейронах крысы клеточную модель для регистрации эффекта прекондиционирования и постгипоксической гипервозбудимости (Turovskaya et al., 2011). В этой модели противовоспалительный цитокин IL-10 предотвращал развитие постгипоксической гипервозбудимости, подавляя спонтанную синхронную Cа2+ пульсацию. В то же время IL-10 защищал ГАМКергические нейроны от гибели, восстанавливая в них эффект гипоксического прекондиционирования. Показано, что активация одного из сигнальных путей, инициируемых IL-10, необходима для развития гипоксического прекондиционирования в ГАМКергических нейронах (Turovskaya et al., 2014). Однако несмотря на значительный прогресс в исследованиях, все еще неясно, как все эти механизмы могут быть использованы при лечении инсульта. Пути практического использования проясняться после получения экспериментальных результатов и их лучшего понимания.
Для достижения заявленных результатов при исследовании воспалительного процесса, происходящего в гемато-энцефалическом барьере мозга и исследовании противовоспалительных и защитных сигнальных путей, активируемых цитокином IL-10, будет разработан новый экспериментальный подход лечения инсультов, включающий в себя: применение модуляторов внутриклеточных защитных сигнальных путей и антиокcидантов; применение агонистов других метаботропных рецепторов, сопряженных с защитными сигнальными путями; изготовление и применение наночастиц IL-10 (маленьких однодоменных антител), полученных из тяжелых цепей антител, которые эффективно имитируют или потенциируют функции IL-10; для повышения экспрессии IL-10 будет использовано антитело anti-CD28 (Суперагонист CD28, Exbio, клон D665).

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Области применения результатов нашего проекта можно разделить на 3 группы: научная, клиническая и социально-экономическая.
Научное применение.
Вероятно, наши результаты будут иметь значительную ценность для исследователей других областей науки, так как механизмы закрытого воспаления (при ишемии мозга) имеют место и при других заболеваниях, таких как травмирующие повреждения центрального или спинного мозга. Кроме того, мы планируем обнаружить новые фундаментальные причины гибели и принципы защиты от гибели нейронов, которые будут полезны большинству нейробиологов.
Клинический эффект.
До настоящего времени лечение ишемического инсульта проводилось только с рекомбинантным тканевым активатором плазминогена (rtPA), введенного в период 4.5 часа после инсульта, но не позже, и много пациентов оставались существенно нетрудоспособны после такой терапии. Кроме того, эксперименты часто были неудачными при клинических испытаниях. Поэтому, важно проведение новых фундаментальных исследований в тесной связи с клиническими. Настоящий консорциум очень хорошо подходит для внедрения экспериментальных результатов в клинические испытания на людях, так как имеется поддержка Институтов в проведении клинических испытаний и в университетском Медицинском центре в Гамбурге налажено сотрудничество с промышленным партнером MediGate GmbH. При широком использовании предлагаемых новых вариантов лечения, влияющих на степень восстановления после инсульта, может быть достигнута значительная экономия затрат на здравоохранение.
Социальный и экономический эффект.
Сотрудничество партнеров и применение передовых технологий дают возможность развить новые подходы лечения инсульта и, поэтому, окажет влияние на социальное экономическое бремя, вызванное инсультами. При количестве инсультов 1.300.000 в год в ЕС и 300.000 в России, инсульт является одной из главных причин смертности и появления нетрудоспособного населения во всем мире. Оценка затрат в связи с инсультами в Европе в 2010 составила приблизительно €64.1 миллиарда. Учитывая, что возраст является одним из доказанных факторов риска инсульта, старение мирового населения подразумевает увеличение числа людей в зоне опасности. Считается, что риск получения инсульта составляет сейчас от 8 до 10%, и возможно еще повысится в будущем. По прогнозу, общая стоимость ухода при инсульте будет составлять 6.2% от стоимости всех заболеваний в 2020г. Такое огромное экономическое и социальное бремя ишемического инсульта находится в сильном контрасте с ограниченными вариантами лечения, доступными в настоящее время. Одни только эти цифры ясно дают понять, почему новый подход лечения, который может уменьшить нетрудоспособность и увеличить степень восстановления после инсульта, будет выгоден огромному числу пациентов, их семьям и медработникам. К тому же, сокращение числа молодых людей, перенесших инсульт, неспособных работать, или увеличение числа пациентов старшего возраста, перенесших инсульт, которые бы не требовали ухода, будет экономически и социально чрезвычайно ценно. Обобщая вышесказанное, можно заключить, что инсульт является одним из величайших бед нашего времени, и успехи в его лечении окажут огромное влияние не только на клинику, но и на общество в целом.

Текущие результаты проекта:
Для регистрации эффектов ишемии мы разработали клеточную модель инсульта, в которой IL-10 увеличивал устойчивость нейронов к ипоксии/ишемии и защищал тормозные ГАМКергические нейроны от гибели. Мы установили, что PI3-киназный сигнальный путь, активируемый IL-10, является основным путем защиты клеток от повреждения при экспериментальном инсульте. Мы показали, что IL-10 увеличивает устойчивость нейронов к гипоксии in vitro и при экспериментальном инсульте in vivo, когда введение IL-10 в шейную вену значительно уменьшает инфарктную зону после ишемии. С другой стороны наши коллеги в Германии показали, что блокирование функции тромбоцитов улучшает последствия инсульта, уменьшая как размеры тромба, так и локальный постишемический воспалительный ответ.