CC BY
38
Malinina I. E., Mustafin A. G.
TRANSPLANTATION EFFECT OF EMBRYONIC NERVOUS TISSUE OF LOCUS COERULEUS AND SUBSTANTIA NIGRA ON PHYSIOLOGICAL CHARACTERISTICS OF MAMMALS.
Pirogov Russian National Research Medical University, biology department, Moscow.
Embryonic nervous tissue of locus coeruleus and substantia nigra transplantated in the third ventricle of brain in intact animals (rats of Wistar line and outbred rabbits) replant, structural and functional integrate with brain of experimental animals. Since 3, 6 and 12 months after transplantation grafts are viable, and their morphological characteristics correlate neurocytes of locus coeruleus and substantia nigra in intact control animals. One can watch correlation between presence and function of grafts and changing level of norepinephrine and dopamine in brainstem; and changing in motor activity is registered. Effect of embryonic nervous tissue graft on animal physiological characteristics is the general regulatory influence of these grafts.
Key words: transplantation of embryonic nervous tissue, locus coeruleus, substantia nigra, dopaminergic and noradrenergic neurons.
Малинина И. Е., Мустафин А. Г.
ЭФФЕКТ ТРАНСПЛАНТАЦИИ ЭМБРИОНАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ ТКАНИ LOCUS COERULEUS И SUBSTANTIA NIGRA НА ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЛЕКОПИТАЮЩИХ.
РНИМУ им. Н. И. Пирогова, кафедра биологии, Москва
Эмбриональная нервная ткань голубого пятна и черной субстанции, трансплантированная в третий желудочек головного мозга интактных животных: крыс линии Ви-стар и беспородных кроликов, приживляется, структурно и функционально интегрирует с мозгом экспериментальных млекопитающих. Через три, шесть и двенадцать месяцев после пересадки трансплантаты являются жизнеспособными, и их морфологические характеристики соответствуют невроцитам голубого пятна и черной субстанции интактного контроля. Наблюдается корреляция приживления и развития трансплантата и изменения уровня норадреналина, и дофамина в стволе мозга, а также регистрируются изменения двигательной активности животных. Данное влияние трансплантата эмбриональной нервной ткани на животных можно отнести к проявлению общерегуляторного действия этих трансплантатов.
Ключевые слова: трансплантация эмбриональной нервной ткани, locus coeruleus, substantia nigra, дофаминергические и норадренергические нейроны.
—----------- —
~ 179 ~
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ № ФС77-49390 Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ - головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ).
Гибель части нейронов после различных органических поражений и механических травм мозга является одной из основных причин развития посттравма-тических осложнений. Особенно чувствительны к травме нейроны интегрирующих дофаминергической и норадре-нергической систем среднего и продолговатого мозга. Снижение уровня дофамина существенно повышает риск развития двигательных нарушений, может быть причиной многочисленных вегетативных и соматических нарушений, наблюдающихся в отдаленном посттрав-матическом периоде [5, 6]. Применение различных препаратов не приводит к восстановлению утраченных функций полностью. Поэтому поиск компенсаторных возможностей, препятствующих и устраняющих такие процессы, как нейродегенерации, является актуальным. Один из способов восстановления утраченных функций и коррекции физиологических показателей представляет метод трансплантации эмбриональной нервной ткани [3, 9, 13, 14, 17, 18, 23, 24]. Таким образом, важным представляется выяснение жизнеспособности и функционирование трансплантатов как на ранних сроках развития, так и длительно живущих в головном мозге реципиентов. Литературные данные по этому вопросу различны. Одни авторы отмечают дегенерацию невроцитов и нарушение функциональной активности трансплантатов [11, 12], другие - длительную жизнеспособность трансплантатов и их нормальное функционирование [1, 2, 4, 8, 10, 19, 25]. Результаты ранее проведенных нами исследований показали тенденцию к длительному сохранению жизнеспособности трансплантатов и их функциональной значимости [16].
Целью данного исследования явилось изучение состояния морфофункциональных показателей невроцитов ГП и ЧС на ранних и поздних сроках эксперимента и их влияние на изменение биохимических показателей и динамическую активность животных.
Методика исследования. Работа выполнена на 40 крысах-самцах линии Вистар, весом 200-250 г, и 20 самцах беспородных кроликов, весом 2500-3000 г, содержавшихся в обычных условиях вивария при естественном освещении и сбалансированном рационе питания.
В исследованиях использовались следующие группы животных: 1) с
трансплантатом эмбрионального ГП в третий желудочек головного мозга, 2) с трансплантатом эмбрионального ЧС в третий желудочек головного мозга, 3) ложнооперированный контроль, 4) ин-тактный контроль (соответственно по десять крыс и пять кроликов в каждой группе). Необходимость второй интакт-ной группы объясняется стремлением оценить соотносительную роль функционирующего трансплантата и механической травмы. Крысам первой и второй групп в трехмесячном возрасте (кроликам - в пятимесячном возрасте) была проведена пересадка эмбриональной нервной ткани (ЭНТ) голубого пятна и черной субстанции. Донорами служили четырнадцати суточные эмбрионы крыс линии Вистар (восемнадцати суточные эмбрионы беспородных кроликов - для кроликов соответственно). Исследование трансплантатов проводили через три месяца, шесть месяцев и двенадцать месяцев после пересадки ЭНТ. Трансплантацию проводили стереотаксически в стерильных условиях, сочетая нембута-ловый и эфирный наркоз [15, 19, 22]. Ткань пересаживали в третий желудочек головного мозга интактных животных.
—---------- —
~ 180 ~
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ № ФС77-49390 Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ - головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ).
Общую гистологию структур головного мозга изучали на срезах, окрашенных метиленовым синим. Степень морфологической дифференцировки нейронов оценивали при микроскопическом анализе препаратов по результатам вычислений площади сечений нейронов, ядер и наиболее информатовному критерию синтетической активности клеток -объему ядрышек. Определяли уровень норадреналина и дофамина в стволе мозга экспериментальнах животных [7]. Для оценки движений применяли электронно-оптический регистратор[25]. Статистическую обработку проводили по ^критерию Стьюдента.
Результаты исследования. Гистологический анализ срезов головного мозга показывает, что на всех изученных сроках трансплантаты как эмбрионов крыс, так и кроликов легко определяются. Все животные первой и второй групп имеют трансплантаты преимущественно средних размеров, состоят из нервных и глиальных клеток, с жизнеспособными норадренергическими или дофаминергическими нейронами соответственно эмбриональной закладке. Клетки трансплантатов, развивающихся три месяца, характеризуются соответствующими размерами клеток ГП и ЧС взрослых животных и не содержат признаков дегенеративных изменений, что подтверждается предшествующими экспериментами. Однако, незначительное число невроцитов пересаженной ЭНТ, развивающихся шесть месяцев (5% и 7% в серии опытов с крысами и кроликами соответственно), а также двенадцать месяцев (10% и 10% в серии опытов с крысами и кроликами соответственно), претерпевают дистрофические изменения. У части нейронов увеличиваются размеры, изменяется форма: они становятся
округлыми, ядро смещается на периферию, встречаются сморщенные нервные клетки. В трансплантатах встречаются дегенерирующие нервные клетки, в которых ядро становится неразличимым. Функциональная морфология ядер ГП и ЧС животных контрольных групп (ин-тактные и ложнооперированные животные) соответствует вариантам нормы. Все трансплантаты хорошо интегрированы с мозгом хозяина (прослеживается тесная связь с тканью мозга реципиента в основном в области боковой стенки желудочка и срединного возвышения). Объем ядрышек трехмесячного трансплантата ГП незначительно увеличивается, а в соответствующем трансплантате ЧС практически не изменяется. Что касается трансплантатов, развивающихся шесть месяцев, а также двенадцать месяцев, то объем ядрышек претерпевает уменьшение, хотя оно незначительно, корреляция со сроками развития - шесть или двенадцать месяцев - не обнаруживается. Такое уменьшение объема ядрышек характерно как для трансплантатов ГП, так и ЧС. Изменение площади сечения нейронов (веретенообразных) является незначительным, коррелирует с изменением объема ядрышек. Соответствующие корреляции прослеживается как в серии экспериментов с крысами, так и с кроликами. При определении уровня норадреналина и дофамина в стволе мозга экспериментальных животных (как крыс, так и кроликов) обнаруживается незначительное, но достоверное повышение их содержания в первой и второй группах после трех, шести и двенадцати месяцев после операции (3% - 8% как в сериях опытов с крысами, так и кроликами). Трансплантация ЭНТ голубого пятна и черной субстанции оказывает влияние на поведенческие реак-
—---------- —
~ 181 ~
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ № ФС77-49390 Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ - головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ).
ции животных. Из наших прежних экспериментов [5] известно, что норадренер-гическая и дофаминергическая системы играют значительную роль в осуществлении ориентировочно-исследовательской активности крыс. Применяемая нами трансплантация ЭНТ регулирует уровень ориентировочно-исследовательской деятельности у крыс старого возраста. В контрольных группах данный показатель снижен по сравнению с животными молодого репродуктивного возраста. Необходимо отметить, что эти показатели несколько выше у крыс с трансплантатами голубого пятна (до 45% по сравнению с интактным контролем), чем черной субстанции (до 12% по сравнению с интактным контролем).
Результаты проведенных исследований подтверждают сведения о прижив-ляемости трансплантатов на длительное время, их структурной и функциональной интеграции с головным мозгом реципиента [7, 9]. На наш взгляд, выявленное в данной работе влияние трансплантата эмбриональной нервной ткани голубого пятна и черной субстанции на физиологические показатели животных можно отнести к проявлению общерегуляторного действия этих трансплантатов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Александрова М. А., Ревещин А.
В., Подгорный А. В. 2004. Трансплантация культивированных нейральных стволовых клеток плода человека в мозг крыс, подвергшихся острой гипоксии. Бюл. экспер. биол., мед. 137(3). С.296-300.
2. Белова Т. И., Голубева Е. Л., Судаков К. В. 1980. Гомеостатические функции locus coeruleus (синего пятна). М., Наука.
Бьерклунд А. 1996. Нейротрансплантация при болезни Паркинсона: экспериментальные основы и перспективы применения в клинике//Совещ. «Нейротрансплантация в лечении заболеваний ЦНС». М.
4. Викторов И. В. 2001. Стволовые клетки мозга млекопитающих: биология стволовых клеток in vivo и in vitro. Изв.АН.Сер.биол. 6. С.646-655.
5. Гилерович Е. Г., Соколова И. Б., Павличенко Н. Н., Григорян А. С. 2010. Влияние клеточной терапии на развитие постинсультных и посттравматических процессов в головном мозге. В кн.: Современные направления исследований функциональной межполушарной асимметрии и пластичности мозга. М.: Научный мир. С.344-347.
6. Дыбан А. П., Дыбан П. А. 2002. Стволовые клетки в экспериментальной и клинической медицине. Мед. акад. журн. 2(3). С.3-24.
7. Коган Б. М., Нечаев Н. В. 1979. Чувствительный и быстрый метод одновременного определения дофамина, но-радреналина, серотонина и 5-оксииндо-луксусной кислоты в одной пробе. Лабораторное дело. 5.С.301-303.
8. Корочкин Л. И. 2001. Стволовые клетки - один из путей восстановления нервной ткани. Изв. РАН. Сер.биол.6.
С.666-671.
9. Миронов Н. В., Шмырев В. И., Бугаев В. С. и др. Комплексное лечение пациентов с паркинсонизмом и использованием живых фетальных клеток. Приложение 1 к журн. «Бюл. экспер. биол., мед.», М. 1998. С.63.
10. Никольский Н. Н., Габай И. А., Сомова Н. В. 2007. Эмбриональные стволовые клетки человека. Проблемы и перспективы. Цитология. 49(7). С.529-537.
—---------- —
~ 182 ~
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ № ФС77-49390 Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ - головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ).
11. Петрова, Е. С., Отеллин В. А. 2003. Дистрофические изменения и гибель клеток в длительно живущих гомо- и ге-теротопических трансплантатах эмбриональных закладок неокортекса крыс .2003. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины . 136 (9). С. 343347.
12. Репин В. С., Сабурина И. Н., Сухих Г. Т. 2007. Клеточная биология фетальных тканей и фундаментальная медицина. Клеточные технологии в биологии и медицине. 3. С.123-132.
13. Угрюмов М. В., Коновалов А. Н., Гусев Е. И. 2004. Итоги и перспективы использования клеточных технологий в лечении неврологических заболеваний. Вестник РАМН. 11. С.8-17.
14. Цветкова И.П. 1978. Гипоталамус кролика. Стереотаксический и цитоархи-тектонический атлас. Л. Наука.
15. Ярыгин В. Н., Малинина И. Е., Би-баева Л. В.// Бюл. экспер. биол., мед. 1997. Т.124, № 1. С.579 - 582.
16. Bjorklund A., Lindvall O. 2000. Cell replacement therapies for central nervous system disorders. Nat.Neurosci. 3. P.537-544.
17. Gowing G., Svendsen C. N. 2011. Stem cell transplantation for motor neuron disease: current approaches and future perspectives. Neurotherapeutics. 8. P.591-606.
18. Joannides A. J., Webber D. J.,
Raineteau O., etc. 2007. Enviromental signals regulate lineage choice and temporal maturation of neural stem cells from human embryonic stem cells. Brain. 130. P.1263-1275.
19. Jonson C. B., Svensson M., Wallstedt L., etc. 1999. Neural stem cells in the adult human brain. Exp.Cell.Res. 253. P.733-736/
20. Hockfield S., McKay R. D. 1985.
Identification of major cell classes in the de-
veloping mammalian nervous system. J.Neurosci. 5. P.3310-3328.
21. Pellegrino L. J., Pellegrino A. S.,
Cushman A.J. 1981. Stereotaxic atlas of rat brain. N.Y.
22. Trujillo C. A., Schwindt T. T., Martins A. H. 2009. Novel perspectives of neural stem cell differentiation: from neurotransmitters to therapeutics. Cytometry. Pt A. 75A. P.38-53.
23. Wang A., Tang Z., Park I. 2011. Induced pluripotent stem cells for neural tissue engineering. Biomaterials. 32. P.5023-5032.
25.Wunderlich K., Smittenaar P., Dolan R. J. 2012. Dopamine enhances model-based over model-free choice behavior. Neu-ron.Aug.9(75)3.
—---------- ------------
~ 183 ~
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ № ФС77-49390 Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ - головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ).
