Научные проекты
Проекты:
1. "Эндогенные тиолы:нейротоксическое и нейропротекторное действие"
5. Грант ППК 220 " Нейробиология"
1. Российский научный фонд "Эндогенные тиолы:нейротоксическое и нейропротекторное действие" [link]
Руководитель проекта - проф. Ситдикова Г.Ф.
Ответственный исполнитель: Яковлева Ольга Владиславовна
Исполнители: Яковлев А.В. Герасимова Е.В.. Королева К.С., Минкина Е.А., Тимонина А.А., проф Гиниатуллин Р.А.. проф Бухараева Э.А.
Аннотация и ожидаемые результаты
Эндогенные тиолы – большая группа соединений содержащих SH-группы, к которым относятся – метионин, цистеин, гомоцистеин, таурин, глутатион, сероводород, липоевая кислота, полисульфиды и др., обеспечивающих окислительно-восстановительный баланс клеток. В зависимости от физиологического состояния тиолы могут проявлять как про-, так и антиоксидантные свойства. Изменения концентраций эндогенных тиолов могут приводить к нарушениям во многих системах организма, в том числе, сердечно-сосудистой, нервной, патологиям развития нервной системы, нейродегенеративным заболеваниям. В частности, наследственное или приобретенное повышение уровня гомоцистеина - гомоцистеинемия является причиной ряда патологий нервной системы как в развивающемся, так и взрослом мозге, что указывает на нарушения процессов нейрональной пластичности. Другое тиол-содержащее соединение - сероводород (H2S) относится к классу газообразных посредников, синтезирующихся эндогенно во многих клетках организма. Образование H2S происходит тремя ферментами цистатионин-бета-синтазой, цистатионин-гамма-лиазой и меркаптосулфтрансферазой с использованием гомоцистеина или цистеина в качестве субстрата. Оказалось, что при гомоцистеинемии наблюдается снижение синтеза H2S, что сопровождается сосудистыми патологиями, связанными с повреждением эндотелия. Предполагается, что соотношение уровней гомоцистеина и сероводорода является фактором, определяющим нормальное функционирование клетки. Однако механизмы развития патологий при нарушении баланса тиолсодержащих агентов неизвестны. Поэтому исследование эффектов и механизмов действия различных тиол-содержащих агентов на функционирование нервной системы является актуальной проблемой нейрофизиологии, так как позволит определить механизмы, лежащие в основе их нейротоксического и нейропротекторного влияния на процессы синаптической пластичности в онтогенезе и в условиях возникновения хронической боли. Выяснение механизмов повреждения ЦНС при гомоцистеинемии важно, чтобы улучшить методы лечения заболевания ЦНС, вызванные нарушением баланса тиолсодержащих соединений и для разработки фармакологических и генетических методов коррекции, в том числе при помощи векторов, содержащих ген фермента цистатионин-бета-синтазы, утилизирующей гомоцистеин. Впервые планируется комплексное исследование клеточных и интегральных механизмов действия эндогенных тиолов, среди которых основными будут гомоцистеин и сероводород, на нейрональную активность с использованием электрофизиологических, флуоресцентных, поведенческих методик, в частности, регистрация одиночных ионных каналов изолированных нейронов, потенциалов действия тригеминального нерва, секреции медиатора в периферическом синапсе, анализ внутриклеточной концентрации ионов кальция, сетевой активности в гиппокампе и поведенческих реакций. В исследовании будет использована модель гипергомоцистеинемии, которая позволит выявить нарушение моторных и когнитивных функций в условиях пренатального влияния высоких концентраций гомоцистеина, а также изучить механизмы этих нарушений. С использованием моделей гомоцистеинурии и мигрени планируется также оценить нейропротекторное действие сероводорода и других тиол-содержащих агентов и уже известных антиоксидантов.
Ожидаемые результаты В результате исследований планируется получить результаты о механизма нейротоксического и нейропротекторного действия эндогенных тиолов на клеточном. сетевом и поведенческом уровне. Будут получены результаты о мембранных и клеточных механизмах действия эндогенных тиолов - гомоцистеина, сероводорода, цистеина, метионина, полисульфидов на культуре гипофизарных клеток крысы (GH) и изолированных нейронов тригеминального нерва - влияния на выходящие К-каналы, активность Са-активируемых калиевых каналов, мембранный потенциал, параметры потенциалов действия, внутриклеточную концентрацию ионов кальция. В целом данные позволят проанализировать влияние тиолсодержащих агентов на возбудимость нейронов, лежащую в основе функционирования нервной системы Планируется получить данные о влияние сероводорода, гомоцистеина, метионина на спайковую активность в тригеминальном нерве и механизмах их действия в нормальных условиях и при моделировании гипергомоцистеинемии. Поскольку импульсация в тригеминальном нерве лежит в основе генерации боли при мигрени, полученные данные позволят выявить роль тиол-содержащих агентов в развитии или предотвращении хронической боли. Планируются получить результаты о механизмах действия гомоцистеина и сероводорода на процессы освобождения медиатора из двигательного нервного окончания. Будут получены данные о влиянии гомоцистеина, как агента «имитирующего» процесс старения, на интенсивность спонтанной и вызванной квантовой секреции ацетилхолина в нервно-мышечном синапсе теплокровных, находящихся на разных стадиях постнатального онтогенеза в нормальных условиях и при моделировании гипергомоцистеинемии у беременных крыс. Будут получены результаты об эффектах и механизмах действия экзогенных тиолов (гомоцистеина, метионина и сероводорода) на сетевую активность нейронов гиппокампа новорожденных крысят в контроле и при моделировании гипергомоцистеинемии у беременных крыс, что позволит ответить на вопрос о механизмах, лежащих в основе развития неврологических нарушений у крысят подвергшихся внутриутробному влиянию высоких доз гомоцистеина/метионина. С использованием моделей гиперигомоцистеинемии и мигрени будет проведена оценка нейропротекторных свойств тиол-содержащих агентов, обладающих антиоксидантными свойствами. Таким образом, в результате исследования планируется выявить механизмы действия, нейротоксическое и нейропротекторное действие различных тиолов, что будет служить основной для разработки фармакологических и генетических методов коррекции патологических состояний нервной системы. Предотвращение гомоцистеиновой нейротоксичности может быть новой терапевтической стратегией для лечения нейрососудистых заболеваний с использованием антиоксидантной терапии, в том числе, будет выявлена потенциальная роль H2S в предотвращении нейротоксичности и нейроваскулярных дисфункций, вызванных гомоцистеином. По результатам исследования планируется подготовка публикаций в Российских и зарубежных изданиях.
2. Грант РФФИ №_13-04-101746
Структурная и функциональная организация спинальных нейронных сетей при деафферентации, локомоторной тренировки и локальной гипотермии.
Руководитель: Балтина Т.В.
Исполнители: Яфарова Г.Г., Балтин Максим Эдуардович.Э.,, Хазиева А.Р., Зарипова Л.Р.
Аннотация и результатыЦелью данного исследования является выявление функциональной и морфологической реорганизации нейрональных локомоторных сетей поврежденного спинного мозга, обеспечивающих двигательную функцию, при локальной гипотермии и двигательной тренировке. Будут определены и различены спинальные нейроны, которые обеспечивают ипсилатеральный рефлекс сгибания и контралатеральный перекрестный разгибательный рефлекс в условиях нормы и при деафферентации спинного мозга. Впервые будут показаны структурные и функциональные изменения, происходящие в нервных клетках и синаптических контактах в дистальном отделе спинного мозга после его травмы, последующей локомоторной тренировки животных и локальной гипотермии. Определена функциональная активность нейронов спинного мозга при комбинации фармакологического лечения и местной гипотермии после травмы спинного мозга в острый период и при использовании тренировки на трейдбане в хроническом периоде. Будет дана оценка изменения функционального состояния нейро-моторного аппарата крысы в этих условиях при восстановлении двигательных функций. Проведенное морфологическое исследование дистального отдела спинного мозга после деафферентации, действия локальной гипотермии в остром периоде и локомоторной тренировки на трейдбане в хроническом периоде позволит определить изменения в морфологических характеристиках нейронных цепей.
Основные результаты 2013 года:
Определяли функциональную активность нейронов спинного мозга и состояние мышц задней конечности крысы после деафферентации (различные модели спинальной травмы) электронейромиографическими методами. Наши результаты показали, что изменение параметров электрических ответов мышц задней конечности крысы, могут быть отражением в некоторой степени, симптомов, наблюдаемых в клинике. Мы показали фазное развитие процессов: 1) Во время стадии арефлексия/гипорефлексия (до 3 дней) уменьшение амплитуды и порога H- и М- ответов; отсутствие тонуса мышц. 2) Во время стадии восстановления рефлексов (до 7 дней) и ранней гиперрефлексии (до 1 месяца) восстановление тонуса мышц, в основном это появление электрической активности мышц; одновременно ухудшение состояния периферической части нервно-мышечного аппарата - снижение амплитуды М-ответа; увеличение амплитуды Н-ответа, увеличение Hmax/Mmax и снижение депрессии Н-ответа при ритмической стимуляции, появление полифазных ответов и увеличение их амплитуды при ритмической стимуляции; 3) развитие спастичности (1-5 месяцев), характеризуется повышением тонуса мышц и появлением электрической активности мышц на стимул, умеренное увеличение Hmax/Mmax, в то время как амплитуда M-ответа остается неизменной при травме в нижнегрудном отделе позвоночника, и снижение амплитуды М-ответа при верхнегрудной позвоночной травме. Предполагаемые механизмы, лежащие в основе изменения состояния нейро-моторного аппарата крысы, в разных фазах после травмы обсуждены в связи с их вероятной клинической значимостью. Проводили лекарственную терапию (баклофен, афабазол и глиатилин) в острую фазу после деафферентации, сочетанную с двигательной тренировкой на трейдбане в хроническом периоде. Получены результаты морфофункциональных изменений спинного мозга в остром и раннем посттравматическом периоде в этих условиях. Гистологический анализ показал типичность стадийных изменений морфологии нейронов спинного мозга, а также возможность эффективного применения глиатилина и афабазола для уменьшения необратимых изменений в структурах спинного мозга. Сделаны выводы, что лекарственная терапия в сочетании с двигательной тренировкой обеспечивает направленное воздействие на факторы патогенеза, нарушающие нейрональный гомеостаз, нормализует передачу нервных импульсов и способствует более полному восстановлению функциональных возможностей нервной системы в посттравматическом периоде. Наши результаты показывают, что при введении баклофена в острую фазу, могут наблюдаться нарушения нервно-мышечных свойств. Полученные данные можно рассматривать в качестве еще одного подтверждения информативности электронейромиографических методов в мониторинге посттравматических и послеоперационных изменений в центральных и периферических структурах двигательного аппарата.
Основные результаты 2014 года:
Определяли активность нейронов спинальных центров, участвующих в двигательных задачах, их функциональные взаимосвязи, а также реорганизацию связей после нарушения двигательных функций на моделях деафферентации (травма спинного мозга, антиортостатическое вывешивание) и при двигательной реабилитации. Путем анализа функционального состояния мышцы и нейронов спинного мозга электромиографическими методами была проведена оценка эффективности различных приемов профилактики и реабилитации двигательных нарушений (бег на трейдбане, вибростимуляции опорных зон стопы, фармакологическая стимуляция, гипотермия). Было показано, что двигательная тренировка в сочетании с терапией метилпреднизалоном оказывают положительное влияние на восстановление двигательных функций после контузионной травмы спинного мозга у крыс; Эксперемнты продемонстрировали, что интраоперационная гипотермия после ТСМ может задерживать развитие функционального возбуждения нейро-моторного аппарата у собак непосредственно при ее воздействии и предотвращать дальнейшие изменения рефлекторной возбудимости; Односторонняя вибростимуляция стопы крысы на фоне гравитационной разгрузки предотвращала снижение амплитуды М-ответа в исследуемых мышцах как на ипси-, так и на контралатеральной стороне, хотя менее выраженное, чем при двусторонней стимуляции. Полученный эффект свидетельствует о вовлечении в процесс адаптивных изменений при вибростимуляции стопы центральных механизмов регуляции. Главной причиной регистрируемых в этих условиях преобразований представляется активация центрального, билатерально-действующего механизма. Было показано, что вибростимуляция опорных зон стопы у крысы снижает негативные последствия влияния гравитационной разгрузки,
3 Грант РФФИ «Роль сероводорода в регуляции сократительной активности гладкомышечных клеток желудочно-кишечного тракта» № 14-04-31661 мол_а
Руководитель проекта: Хаердинов Н.Н.
Исполнители: Шафигуллин М.У., Сабируллина Г.И., Лифанова А.С., Мустафина А.Н.
Аннотация
Данный проект направлен на решение актуальной проблемы физиологии, которая связана с ролью нового класса эндогенных газообразных посредников в модуляции функций возбудимых клеток, а именно в регуляции двигательной функции гладкомышечных клеток. На сегодняшний день к группе газомедиаторов помимо оксида азота (NO), относят также монооксид углерода (CO), и сероводород (H2S), возможно открытие и новых газообразных молекул, регулирующих различных физиологические функции. Несмотря на множество исследований посвященных выявлению эффектов H2S в различных возбудимых тканях, механизмы и мишени его действия не раскрыты. Поэтому выяснение роли сероводорода в регуляции функций желудочно-кишечного тракта является актуальной научной проблемой.
Основные результаты 2014 года
В результате проведенных исследований за 2014г в рамках данного проекта, были получены данные о роли сероводорода (H2S) в сократительной активности ткани желудка и кишечника взрослой крысы Rattus norvegicus в изометрических условиях. Было выявлено, что гидросульфид натрия (NaHS) - донор H2S в концентрациях от 10 до 200 мкМ оказывал ингибирующее влияние на амплитуду, тоническое напряжение и частоту сокращения исследованных препаратов. Было показано, что блокирование потенциал-зависимых и Са-активируемых К-каналов в изолированном препарате сегмента кишки крысы не приводят к изменению эффектов NaHS и эффекты донора H2S на тоническое напряжение, амплитуду и частоту спонтанных сокращений сохранялись. Ингибирование К-каналов неспецифическим блокатором тетраэтиламмонием (10 мМ) приводило к усилению амплитуды сокращения полоски желудка и отрезка сегмента кишки. На фоне действия тетраэтиламмония эффекты NaHS на все параметры сократительной активности желудка и тощей кишки полностью сохранялись. В условиях блокирования АТФ-зависимых К-каналов NaHS вызывал повышение тонического напряжения, тогда как на фоне активации АТФ-зависимых К-каналов эффект донора H2S на тоническое напряжение сегмента кишки не проявлялся. Таким образом, эффекты NaHS на тоническое напряжение гладко-мышечных клеток кишечника могут опосредоваться активацией АТФ-зависимых К-каналов. Экспрессия АТФ-зависимых К-каналов в культуре гладкомышечных клеток кишечника новорожденных крыс была показана методом непрямой иммуногистохимии. Полученные данные свидетельствуют о том, что H2S в физиологически значимых концентрациях вызывает уменьшение спонтанной сократительной активности гладкомышечных клеток желудка и кишки крысы, снижая амплитуду и частоту сокращений, а также тоническое напряжение, не влияя на функцию потенциал-зависимых и Са-активируемых К-каналов.
4. . Грант РФФИ #15-04-05951– а
Руководитель проекта Еремев А.А.
Исполнители: Балтин М.Э., Балтина Т.В., Кузнецов М.В., Лавров И.С., Федянин А.О., Милицкова А.Д., Чеботарев М.А.
Аннотация
Механическая разгрузка скелетных мышц во время космических полетов или в условиях наземного моделирования микрогравитации, вызывает атрофию мышечных волокон, которая особенно затрагивает антигравитационную мускулатуру нижних конечностей. Изменения морфо-функционального состояния мышцы связано с инициацией следующих адаптационных механизмов: преобразование рефлекторной возбудимости центров, а также структурных и механических свойств мышцы. Однако конкретные пути и механизмы реализации двигательной адаптации пока остаются невыясненными. Также, до настоящего времени, не исследовано влияние гравитационной разгрузки на состояние спинальных генераторов движения.
Проект предполагает выявление особенностей активности спинальных двигательных центров в условиях гравитационной разгрузки и определение их роли в развитии мышечной атрофии. В ходе данной работы впервые будет изучено состояние спинальных двигательных центров, по модуляции моно - и полисинаптических ответов в покое, во время движения, в условиях гравитационной разгрузки и при сочетанном влиянии микрогравитации и различных способов стимуляции на модели антиортостатического вывешивании у крыс. Предполагается, что подобный анализ позволит определить структурную модель двигательных схем спинного мозга и выявить эффект активации спинальных генераторов движения на сохранение функций нейро-моторной системы в условиях разгрузки."
5. Грант РФФИ «Влияния газового анестетика изофлурана на электрическую активность соматосенсорной коры головного мозга новорожденных и взрослых крыс, развитие поведенческих реакций и когнитивных функций» # 14-04-31344
Руководитель проекта: Герасимова Е.В.
Исполнители: Захаров А.В., Валиуллина Ф.Ф., Лебедева Ю.А., Королева К.С.
Аннотация
Изофлуран является представителем группы газовых анестетиков, которые широко используются для поддержания общей анестезии при проведении хирургических вмешательств и диагностических исследований у новорожденных, детей и взрослых в России и за рубежом. Механизмы общей анестезии включают нарушения синаптической передачи в ГАМК-ергических и глутаматных синапсах. Эти рецепторы также являются ключевыми для развития мозга млекопитающих, следовательно, воздействие газовых анестетиков может приводить к нарушениям формирования мозга, процессов обучения и в дальнейшем нейрокогнитивных функций. Действительно, имеются сведения о том, что воздействие изофлурана вызывает клеточную смерть в течение нескольких часов на органотипичеких срезах гиппокампа новорожденных крыс. Более того, добавление закиси азота или мидозодама даже усугубляло нейродегенерацию и вело к нарушениям нейрокогнитивных функций в позднем возрастном периоде. Несколько исследований свидетельствуют и о когнитивных нарушениях у взрослых животных после неонатальной анестезии, а также показано, что у маленьких детей возникают временные неврологические осложнения после длительного воздействия анестезии. При этом исследований влияния на электрическую активность коры головного мозга новорожденных животных не проводилось. Все эти факты вызывают серьезные опасения, касающиеся отдаленных неврологических последствий применения изофлурана у новорожденных и детей, и поднимают проблему безопасности его использования. Среди различных видов животных созревание мозга происходит с разной скоростью и в различные периоды жизненного цикла. У человека скорость роста мозга самая высокая между последним триместром беременности и первые три года постнатального развития. У крыс и мышей рост мозга наиболее быстрый в течение первых двух недель постнатального развития. Уровень зрелости мозга и электрическая активность 7 дневной мыши или крысы сравним пренатальным периодом развития человека на 32-36 неделе беременности. Поэтому в настоящем проекте планируется повести анализ влияния изофлурана на функционирование нейронов коры головного мозга новорожденных крысят первой недели поле рождения и взрослых крысах. А также изучить влияние изофлурана у новорожденных крыс на развитие поведенческих реакций и когнитивных функций и взрослых животных.
Данное исследование позволит выявить возможные причины нейродегенерации при действии газа, наблюдаемых в более поздний период развития и позволит выявить период развития, когда использование изофлурана оказывает минимальное негативное влияние на развитие организма.
Основные результаты проекта.
В течение первой послеродовой недели, изофлуран дозозависимо подавляет кортикальную активность. При хирургических уровнях анестезии (1,5-2%), изофлуран полностью подавляет электроэнцефалограмму и активность нейронов коры головного мозга. Не смотря на то, что сенсорные потенциалы (ВСП), вызванные отклонением основного (топографического) уса, сохраняется, сенсорно-вызванные ранние гамма и альфа-бетта осцилляции были полностью подавлены изофлураном. Изофлуран-индуцированная подавление альфа-бетта осциляций наблюдалось и во время второй постнатальной недели развития. У подростков и взрослых крыс изофлуран заставляет работать нервную систему в режиме «всплеск-подавление». Осциляции характеризуются активацией процессов в корковых колонках с ведущим участием нейронов инфрагранулярного слоя и вызывались стимуляцией основных и соседних усов, а также звуковыми и световыми раздражителями, что указывало на участие горизонтальных связей в их генерации и горизонтальное распространение.
Вывод: Изофлуран полностью подавляет активность коры головного мозга животных в период первой постнатальной недели. Мы предполагаем, что подавление активности коры при изофлурановой анестезии в первую постродовую неделю может быть связано с апоптозом нейронов, который стимулируется газовыми анестетиками. Так как ранние осциляции носят вклад в развитие (формирование) межкортикальных связей ближнего и дальнего действия. можно прогнозировать, что изофлуран, подавляя раннюю корковую активность, оказывает неблагоприятное нейродегенеративное действие, что в свою очередь будет приводить к нарушениям поведения, памяти и когнитивных функций.
