Научная статья на тему 'МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ В МИЕЛИНИЗИРОВАННЫХ ВОЛОКНАХ СПИННОГО МОЗГА И СЕДАЛИЩНОГО НЕРВА МЫШИ В УСЛОВИЯХ МОДЕЛИРОВАНИЯ ГИПОГРАВИТАЦИИ И ПУТИ ИХ КОРРЕКЦИИ С ПОМОЩЬЮ ПРЕВЕНТИВНОЙ ГЕННОЙ ТЕРАПИИ'

МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ В МИЕЛИНИЗИРОВАННЫХ ВОЛОКНАХ СПИННОГО МОЗГА И СЕДАЛИЩНОГО НЕРВА МЫШИ В УСЛОВИЯХ МОДЕЛИРОВАНИЯ ГИПОГРАВИТАЦИИ И ПУТИ ИХ КОРРЕКЦИИ С ПОМОЩЬЮ ПРЕВЕНТИВНОЙ ГЕННОЙ ТЕРАПИИ Текст научной статьи по специальности «Биотехнологии в медицине»

CC BY
95
28
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
гипогравитационный двигательный синдром / антиортостатическое вывешивание / проводящие пути спинного мозга / седалищный нерв / миелинизированные волокна / превентивная генная терапия / сосудистый эндотелиальный фактор роста / глиальный нейротрофический фактор / нейрональная молекула клеточной адгезии / аденовирусный вектор / hypogravitational motor syndrome / hindlimb unloading / tracts of spinal cord / sciatic nerve / myelinated fibers / preventive gene therapy / vascular endothelial growth factor / glial cell line-derived neurotrophic factor / and neural cell adhesion molecule / adenoviral vector

Аннотация научной статьи по биотехнологиям в медицине, автор научной работы — А.Н. Лисюков, М.С. Кузнецов, В.Р. Саитов, М.М. Сальникова, И.А. Бикмуллина

Ранее у мышей после 30-суточного космического полета на биоспутнике «Бион-М1» были установлены признаки негативного влияния невесомости на структуру миелинизированных волокон проводящих путей спинного мозга, что свидетельствует об их вовлечении в патогенез гипогравитационного двигательного синдрома (ГДС). В настоящем исследовании в условиях моделирования гипогравитации методом антиортостатического вывешивания нами были получены данные о деструктивных изменениях в миелинизированных волокнах двигательного заднего корково-спинномозгового тракта (tractus corticospinalis posterior) и чувствительных переднего спинно-мозжечкового тракта (tractus spinocerebellaris anterior) и тонкого пучка (fasciculus gracilis) спинного мозга, а также большеберцового пучка (fasciculus tibialis) седалищного нерва мышей через 30 суток после вывешивания. Полученные данные подтверждают нашу гипотезу о роли нарушения процессов миелинизации нервных волокон при развитии ГДС, как во время космического полета, так и в условиях моделирования гипогравитации на Земле. Морфометрический анализ через 7-суточный период реадаптации не обнаружил признаков восстановления патологических сдвигов в миелинизированных волокнах, возникших через 30 суток вывешивания. Однако, превентивная генная терапия (введение генного препарата, обеспечивающих синтез рекомбинантных сосудистого эндотелиального фактора роста, глиального нейротрофического фактора и нейрональной молекулы клеточной адгезии, до моделирования гипогравитации) показала свою эффективность в отношении сохранности миелинизированных волокон в проекции переднего спинно-мозжечкового тракта, по сравнению с контрольными животными, не получавшими генную терапию. Выполненное исследование на данном этапе дает основание сделать предварительное заключение о целесообразности разработки методов превентивной генной терапии для предупреждения развития ГДС при длительных космических полетах.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по биотехнологиям в медицине , автор научной работы — А.Н. Лисюков, М.С. Кузнецов, В.Р. Саитов, М.М. Сальникова, И.А. Бикмуллина

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

MORPHOLOGICAL CHANGES IN MYELINATED FIBERS OF THE SPINAL CORD AND THE SCIATIC NERVE IN MICE AFTER MODELING OF THE HYPOGRAVITY AND THE APPROACH OF THEIR CORRECTION BY PREVENTIVE GENE THERAPY

Earlier, in mice after a 30-day space flight on the Bion-M1 biosatellite, we found signs of a negative effect of weightlessness on the structure of myelinated fibers of the spinal cord tracts; these findings indicate their involvement in the pathogenesis of hypogravitational motor syndrome (HMS). In the present study, under conditions of hypogravity modeling by the hindlimb unloading, we obtained data on destructive changes in the myelinated fibers of the motor posterior corticospinal tract (tractus corticospinalis posterior), sensitive anterior spinocerebellar tract (tractus spinocerebellaris anterior), and the gracile fascicle (fasciculus gracilis), as well as in the tibial fascicle (fasciculus tibialis) of the sciatic nerve of mice 30 days after unloading. The obtained data confirm our hypothesis on the role of disturbance in the processes of myelination of nerve fibers during the development of HMS, both during space flight and under conditions of simulating hypogravity on Earth. Morphometric analysis after a 7-day period of readaptation did not reveal signs of restoration of pathological changes in myelinated fibers that arose after 30 days of hanging. However, preventive gene therapy (administration of a gene construct providing the synthesis of recombinant vascular endothelial growth factor, glial cell line-derived neurotrophic factor, and neural cell adhesion molecule, prior to hindlimb unloading) has been shown to be effective in the preservation of myelinated fibers in projection anterior spininocerebellar tract, compared with control animals that did not receive gene therapy. The research carried out at this stage gives ground to make a preliminary conclusion about the advisability of developing methods of preventive gene therapy to prevent the development of GDS during long-term space flights.

Текст научной работы на тему «МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ В МИЕЛИНИЗИРОВАННЫХ ВОЛОКНАХ СПИННОГО МОЗГА И СЕДАЛИЩНОГО НЕРВА МЫШИ В УСЛОВИЯХ МОДЕЛИРОВАНИЯ ГИПОГРАВИТАЦИИ И ПУТИ ИХ КОРРЕКЦИИ С ПОМОЩЬЮ ПРЕВЕНТИВНОЙ ГЕННОЙ ТЕРАПИИ»

DOI: 10.23868/202107010

МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ В МИЕЛИНИЗИРОВАННЫХ ВОЛОКНАХ СПИННОГО МОЗГА И СЕДАЛИЩНОГО НЕРВА МЫШИ В УСЛОВИЯХ МОДЕЛИРОВАНИЯ ГИПОГРАВИТАЦИИ И ПУТИ ИХ КОРРЕКЦИИ С ПОМОЩЬЮ ПРЕВЕНТИВНОЙ ГЕННОЙ ТЕРАПИИ

А.Н. Лисюков1, М.С. Кузнецов1, В.Р. Саитов2' 3, М.М. Сальникова2, Поступи20.0В.2021

И.А. Бикмуллина1, Е.С. Кошпаева1, О.В. Тяпкина1' 2, В.В. Валиуллин1, Оп fo™^™™™.loOeiOTl Р.Р. Исламов1 пупжована on-ine. . .

1 Казанский государственный медицинский университет, Казань, Россия

2 Казанский (Приволжский) федеральный университет, Казань, Россия

3 Федеральный центр токсикологической, радиационной и биологической безопасности, Казань, Россия

MORPHOLOGICAL CHANGES IN MYELINATED FIBERS OF THE SPINAL CORD AND THE SCIATIC NERVE IN MICE AFTER MODELING OF THE HYPOGRAVITY AND THE APPROACH OF THEIR CORRECTION BY PREVENTIVE GENE THERAPY

A.N. Lisyukov1, M.S. Kuznetsov1, V.R. Saitov2 3, M.M. Salnikova2, I.A. Bikmullina1, E.S. Koshpaeva1, O.V. Tyapkina1 2, V.V. Valiullin1, R.R. Islamov1

1 Kazan State Medical University, Kazan, Russia

2 Kazan (Volga Region) Federal University, Kazan, Russia

3 Federal State Budgetary Scientific Institution "Federal Center for toxicological, radiation, and biological safety', Kazan, Russia

e-mail: Artur17@list.ru

Ранее у мышей после 30-суточного космического полета на биоспутнике «Бион-М1» были установлены признаки негативного влияния невесомости на структуру миелинизированных волокон проводящих путей спинного мозга, что свидетельствует об их вовлечении в патогенез гипогравитационного двигательного синдрома (ГДС). В настоящем исследовании в условиях моделирования гипогравитации методом антиортостатическо-го вывешивания нами были получены данные о деструктивных изменениях в миелинизированных волокнах двигательного заднего корково-спинномозгового тракта (tractus corticospinalis posterior) и чувствительных переднего спинно-мозжечково-го тракта (tractus spinocerebellaris anterior) и тонкого пучка (fasciculus gracilis) спинного мозга, а также большеберцового пучка (fasciculus tibialis) седалищного нерва мышей через 30 суток после вывешивания. Полученные данные подтверждают нашу гипотезу о роли нарушения процессов миелинизации нервных волокон при развитии ГДС, как во время космического полета, так и в условиях моделирования гипогравитации на Земле. Морфометрический анализ через 7-суточный период реадаптации не обнаружил признаков восстановления патологических сдвигов в миелинизированных волокнах, возникших через 30 суток вывешивания. Однако, превентивная генная терапия (введение генного препарата, обеспечивающих синтез рекомбинантных сосудистого эндотелиального фактора роста, глиального нейро-трофического фактора и нейрональной молекулы клеточной адгезии, до моделирования гипогравитации) показала свою эффективность в отношении сохранности миелинизированных волокон в проекции переднего спинно-мозжечкового тракта, по сравнению с контрольными животными, не получавшими генную терапию. Выполненное исследование на данном этапе дает основание сделать предварительное заключение о целесообразности разработки методов превентивной генной терапии для предупреждения развития ГДС при длительных космических полетах.

Ключевые слова: гипогравитационный двигательный синдром, антиортостатическое вывешивание, проводящие пути спинного мозга, седалищный нерв, миелинизированные волокна, превентивная генная терапия, сосудистый эндотелиальный фактор роста, глиальный нейротрофический фактор, нейро-нальная молекула клеточной адгезии, аденовирусный вектор.

Введение

Ранее многочисленными исследованиями было показано, что длительное состояние невесомости негативно сказывается на структуре [1-3] и функциях [2, 4-7] опорно-двигательного аппарата, проявляющихся

Earlier, in mice after a 30-day space flight on the Bion-M1 biosatellite, we found signs of a negative effect of weightlessness on the structure of myelinated fibers of the spinal cord tracts; these findings indicate their involvement in the pathogenesis of hy-pogravitational motor syndrome (HMS). In the present study, under conditions of hypogravity modeling by the hindlimb unloading, we obtained data on destructive changes in the myelinated fibers of the motor posterior corticospinal tract (tractus corticospinalis posterior), sensitive anterior spinocerebellar tract (tractus spinocerebellaris anterior), and the gracile fascicle (fasciculus gracilis), as well as in the tibial fascicle (fasciculus tibialis) of the sciatic nerve of mice 30 days after unloading. The obtained data confirm our hypothesis on the role of disturbance in the processes of myelination of nerve fibers during the development of HMS, both during space flight and under conditions of simulating hypogravity on Earth. Morphometric analysis after a 7-day period of readaptation did not reveal signs of restoration of pathological changes in myelinated fibers that arose after 30 days of hanging. However, preventive gene therapy (administration of a gene construct providing the synthesis of recombinant vascular endothelial growth factor, glial cell line-derived neurotrophic factor, and neural cell adhesion molecule, prior to hindlimb unloading) has been shown to be effective in the preservation of myelinated fibers in projection anterior spinocerebellar tract, compared with control animals that did not receive gene therapy. The research carried out at this stage gives ground to make a preliminary conclusion about the advisability of developing methods of preventive gene therapy to prevent the development of GDS during long-term space flights.

Keywords: hypogravitational motor syndrome, hindlimb unloading, tracts of spinal cord, sciatic nerve, myelinated fibers, preventive gene therapy, vascular endothelial growth factor, glial cell line-derived neurotrophic factor, and neural cell adhesion molecule, adenoviral vector.

как гипогравитационный двигательный синдром (ГДС). В условиях космического полета ГДС характеризуется глубокими нарушениями активности основных пропри-оцептивных афферентаций, систем моторного контроля, а также специфическими изменениями скелетных мышц

(атония, атрофия, снижение силы сокращений, повышение утомляемости) [8].

Сократительная активность мышечных волокон определяется в значительной степени влиянием со стороны мотонейронов спинного мозга, имеющих разные электрофизиологические характеристики. Кроме того, синаптические контакты между двигательными нейронами и мышечными волокнами обуславливают и нейро-трофический контроль, связанный с работой антероград-ного и ретроградного аксонного транспорта [9-11].

Ранее было показано [12], что в реализации нейро-трофического контроля скелетной мышцы принимают участие не только мотонейроны спинного мозга, но и двигательные нейроны экстрапирамидной и пирамидной систем, аксоны которых в составе нисходящих двигательных путей прямо, или через вставочные нейроны модулируют физиологические свойства мотонейронов.

Таким образом, для установления механизмов развития ГДС несомненный интерес вызывают вопросы морфофункционального состояния не только аксонов мотононейронов в составе периферических нервов, но и проводящих эфферентных и афферентных путей спинного мозга, которые требуют изучения, поскольку могут быть связанными с неблагоприятным воздействием гипогравитации на опорно-двигательный аппарат.

Несмотря на то, что для минимизации негативных последствий отсутствия гравитации космонавты во время полета выполняют ряд физических упражнений на тренажерах, это не предотвращает развитие ГДС. В этой связи важным аспектом является поиск методов профилактики негативного воздействия невесомости на опорно-двигательный аппарат.

В последнее время в практическую медицину активно внедряются генные и клеточные технологии стимулирования нейрорегенерации. Во внимание принимаются нейротрофические факторы, которые могут быть применены в качестве лекарственных препаратов. К ним относятся мозговой нейротрофический фактор (Brain-derived Neurotrophic Factor, BDNF), фактор роста нервов (Nerve Growth Factor, NGF), инсу-линоподобный фактор роста (Insulin-like Growth Factor, IGF), основной фактор роста фибробластов (Fibroblast Growth Factors, FGF2), глиальный нейротрофический фактор (Glial Cell-derived Neurotrophic Factor, GDNF) и сосудистый эндотелиальный фактор роста (Vascular Endothelial Growth Factor, VEGF). Нейропротекторное действие этих факторов доказано в эксперименте in vitro и in vivo [13, 14]. При этом установлено, что комбинации нескольких нейротрофических факторов могут иметь более выраженный терапевтический эффект на выживание нервных клеток. Так было установлено, что одновременное введение двух аденовирусных векторов, один из которых кодирует VEGF, а второй — ангиогенин (ANG) в скелетные мышцы спины и задних конечностей мышам с моделью бокового ами-отрофического склероза (БАС), сдерживало развитие симптомов заболевания, поддерживало двигательную активность и продлевало жизнь животных [15]. Также было показано, что генетически модифицированные мезенхимные стволовые клетки человека, одновременно экспрессирующие рекомбинантные гены VEGF и GDNF, при внутримышечной инъекции крысам с моделью БАС поддерживают структуру нервно-мышечного синапса и продлевают жизнь животных [16].

В настоящем исследовании на модели гипограви-тации на Земле методом антиортостатического вывешивания по E.R. Morey-Holton (2002) [17], при котором нижние конечности животного находятся в безопорном

состоянии, нами были изучены морфологические характеристики миелинизированных волокон двигательного заднего корково-спинномозгового тракта (tractus corticospinals posterior) и чувствительных переднего спинно-мозжечкового тракта (tractus spinocerebellaris anterior) и тонкого пучка (fasciculus gracilis) спинного мозга, а также большеберцового пучка (fasciculus tibialis) седалищного нерва мышей через 30 суток после вывешивания и последующих 7 суток восстановительного периода. В целях профилактики развития ГДС в данной работе был изучен возможный эффект превентивной прямой генной терапии с помощью рекомбинантных генов, кодирующих VEGF, GDNF и нейрональную молекулу клеточной адгезии (Neural Cell Adhesion Molecule, NCAM), в составе аденовирусных векторов 5 серотипа (Ad5).

Материал и методы

Эксперименты выполнены на мышах-самцах линии BULB/c (в возрасте 6-7 недель, вес 20-25 г) в соответствии с правилами, рекомендованными физиологической секцией Российского национального комитета по биологической этике [18] и на основании решения Комиссии по биомедицинской этике ГНЦ РФ — ИМБП РАН (протокол № 319 от 4.04.2013), включающего исследования на Земле и в космосе по проекту БИОН-М1. Исследования эффективности генных препаратов одобрены локальным этическим комитетом Казанского ГМУ (протокол № 5 от 26.05.2020). Эффекты гипо-гравитации моделировали по методу E.R. Morey-Holton et al. [17] путем вывешивания мышей за хвост в специальной клетке, лишая их опоры на задние лапы. Для профилактики развития негативных последствий у мышей в условиях антиортостатического вывешивания животным за 4 сут. до вывешивания вводили по 5 мкл генного препарата в большеберцовую, икроножную и камбаловидную мышцы обеих конечностей.

Генный препарат готовили на основе рекомбинантных репликативно-дефектных аденовирусных векторов (Ad5), полученных в НИИ им. Н.Ф. Гамалеи (Москва) по методу, описанному ранее [1 9]. В настоящем исследовании были использованы Ad5, несущие гены сосудистого эндотелиального фактора роста (Ad5-VEGF), глиального нейротрофического фактора (Ad5-GDNF) и нейрональ-ной молекулы клеточной адгезии (Ad5-NCAM), в равном соотношении каждого вектора Ad5-VEGF (1 /3), Ad5-GDNF (1/3), Ad5-NCAM (1/3). Концентрация вирусных частиц в генном препарате составила 2х107 в 1 мкл 0,9% физиологического раствора.

В соответствии с дизайном эксперимента животные были разделены на 5 групп:

• мыши, которым за 4 сут. перед вывешиванием вводили 0,9% физиологический раствор, и находившиеся в условиях опорной разгрузки задних конечностей в течение 30 сут. — «контрольная группа» (n=5);

• мыши, которым за 4 сут. перед вывешиванием вводили 0,9% физиологический раствор, и находившиеся после 30-сут. опорной разгрузки в периоде 7-сут. восстановления — «контрольная группа с восстановлением» (n=5);

• мыши, которым за 4 сут. перед вывешиванием вводили генный препарат, и находившиеся в условиях опорной разгрузки задних конечностей в течение 30 сут. — «опытная группа» (n=5);

• мыши, которым за 4 сут. перед вывешиванием вводили генный препарат, и находившиеся после 30-сут. опорной разгрузки в периоде 7-сут.

Рис. 1. Полутонкие срезы спинного мозга на уровне поясничного утолщения (А) и седалищного нерва мыши из «интактной» группы (Б): ПСМТ — передний спинно-мозжечковый тракт, ТП — тонкий пучок, ЗКСТ — задний корково-спинномозговой тракт; БП — большеберцовый пучок, МП — малоберцовый пучок, ИП — икроножный пучок, С — кожный пучок. Области морфометрического анализа миелинизированных волокон обведены линией зеленого цвета. Полутонкие срезы. Окраска: метиленовый синий. Ув х4.

восстановления — «опытная группа с восстановлением» (n=5); • мыши, содержавшиеся в стандартных условиях

вивария — «интактная группа» (n=5). Длительность периодов антиортостатического вывешивания и восстановления соответствовала аналогичным периодам в наших ранних исследованиях [20, 21]. Эвтаназию животных проводили путем декапитации с предшествующим ингаляционным наркотизированием с использованием изофлурана (Laboratorios Karizoo, S.A., Испания) и внутрибрюшинным введением 3 мг/ кг Золетила 100 (Virbac Sante Animale, Франция). Для морфологического исследования спинной мозг выделяли на уровне поясничного утолщения, фрагмент седалищного нерва забирали перед отхождением боль-шеберцового пучка. Полученные образцы фиксировали глутаровым альдегидом с последующей постфиксацией четырёхокисью осмия. После обезвоживания осуществляли заливку в смолу Эпон 812. Полутонкие срезы готовили на ультрамикротоме LKB-3 ("LKB", Швеция) и окрашивали метиленовым синим. Оцифровку микропрепаратов проводили с помощью микроскопа Olympus BX51WI ("Olympus Corp.", Япония) с камерой AxioCam MRm ("Carl Zeiss Microscopy GmbH", Германия). Морфометрический анализ оцифрованных препаратов проводили в программе ImageJ [16].

В спинном мозге морфометрический анализ миели-низированных волокон выполняли в проекции тонкого пучка (fasciculus gracilis), переднего спинно-мозжечко-вого тракта (tractus spinocerebellaris anterior) и заднего корково-спинномозгового тракта (tractus corticospinals posterior) [22] (рис. 1А). В каждом исследуемом проводящем пути с обеих сторон оценивали 300 миелинизированных волокон, в которых определяли диаметр волокна, диаметр осевого цилиндра и толщину миелиновой оболочки. Большеберцовый пучок (fasciculus tibialis) седалищного нерва с обеих конечностей был разделен на 4 квадранта, где в каждом из них анализировали по 100 нервных волокон (рис. 1Б).

Анализ и визуализацию полученных данных проводили с использованием среды для статистических вычислений R 4.1.0 (R Foundation for Statistical Computing, Вена, Австрия). Описательные статистики представлены в виде среднего ± стандартное отклонение. Для сравнения

исследуемых показателей между группами животных использовались смешанные линейные регрессионные модели, реализованные в пакете 1те4 1.1-27.1, с включением индекса группы для оценки фиксированного эффекта и уникального идентификатора животного для оценки случайного эффекта. Различия между группами считали статистически значимыми при р <0,05.

Результаты и обсуждение

Диаметр нервных волокон, толщина миелина и диаметр осевых цилиндров заднего корково-спинномозго-вого тракта и тонкого пучка спинного мозга значительно снижаются во всех группах эксперимента по сравнению с интактной группой, но в то же время эти показатели при сравнении между экспериментальными группами не отличаются (рис. 2-4).

В переднем спинно-мозжечковом тракте нами были выявлены различия не только между экспериментальными и интактной группами, но и между контрольными и опытными группами. Так, на фоне статистически значимого уменьшения диаметра нервных волокон, осевого цилиндра и толщины миелина во всех экспериментальных группах в группе «опытная с восстановлением» диаметр волокна и осевого цилиндра был статистически значимо больше, чем в группе «контрольная с восстановлением», а толщина миелина больше, чем в группе «контрольная» (см. рис. 2-4).

В большеберцовом пучке седалищного нерва исследуемые параметры изменялись менее драматично. Было установлено, что в группе «опытная с восстановлением» диаметр миелинизированных волокон был статистически значимо выше, чем в группах «интактная» и «опытная», а толщина миелина больше, чем в группе «контрольная с восстановлением» (рис. 5).

Ранее с помощью модели антиортостатического вывешивания по Б.П. Мопеу-Но!Шп et а1. нами было установлено уменьшение объема поясничного отдела спинного мозга у грызунов и снижение общего белка на 21% [23]. Анализ поперечных срезов спинного мозга показал, что этот феномен связан с уменьшением количества белого вещества [24]. Полногеномный анализ ткани поясничного утолщения спинного мозга мышей после антиортостатического вывешивания задних

50

40

30

20

0

ПСМТ ТП ЗКСТ

пП Г~| 1 Г 1 ¥ II

Группы :

Интактная

§ Контрольная Контрольная с восстановлением Опытная

В Опытная с восстановлением

30

5 20

щ 10

0

ПСМТ ТП ЗКСТ

II г-| иП Р= 1

Группы :

Интактная Контрольная Контрольная с восстановлением Опытная

В Опытная с восстановлением

Рис. 2. Диаметр миелинизированных волокон в переднем спинно-мозжечковом тракте, в тонком пучке и заднем корково-спинномозговом тракте спинного мозга подопытных мышей

Рис. 3. Диаметр осевых цилиндров в миелинизированных волокнах переднего спинно-мозжечкового тракта, тонкого пучка и заднего корково-спинномозгового тракта спинного мозга подопытных мышей

10.0

0.0

Ё

Ит

ПСМТ

ТП

ЗКСТ

60

■^40

Группы: |

Интактная ^

Контрольная ^

Контрольная о

с восстановлением о Опытная ш

В Опытная н"

с восстановлением !

го

а

0

Группы :

Интактная

_ Контрольная

Контрольная с восстановлением Опытная

■ Опытная с восстановлением

Рис. 4. Толщина миелиновой оболочки в миелинизированных волокнах переднего спинно-мозжечкового тракта, тонкого пучка и заднего корково-спинномозгового тракта спинного мозга подопытных мышей

Рис. 5. Результаты морфометрии миелинизированных волокон большеберцового пучка седалищного нерва подопытных мышей

конечностей в течение 30 суток также выявил подавление экспрессии генов, кодирующих белки миелиновой оболочки ЦНС (ртр2, ртр22) [25]. Таким образом, морфологическое состояние миелинизированных волокон в спинном мозге мышей после антиортостатического вывешивания представляет особый интерес. Данные полученные в настоящем исследование подтверждают нашу гипотезу о роли нарушения процессов миелиниза-ции нервных волокон в формировании патологических изменений со стороны скелетных мышц в условиях моделирования гипогравитации.

Так, во всех экспериментальных группах, относительно интактной группы было выявлено уменьшение диаметра миелинизированных волокон во всех изученных проводящих путях спинного мозга. При этом вклад в уменьшение диаметра волокон вносят как уменьшение диаметра осевого цилиндра, так и миелиновой оболочки (табл.). Эти данные согласуются с результатами, полученными нами на мышах, находившихся в 30-сут. космическом полете на биоспутнике [26].

Следует отметить, что 7-суточный период реадаптации не способствует восстановлению патологических сдвигов в миелинизированных волокнах, возникших через 30 сут. вывешивания. Однако, превентивная генная терапия

(введение генного препарата, обеспечивающих синтез VEGF, ЭОМР и 1\1САМ, до моделирования гипогравитации) показала свою эффективность в отношении миелини-зированных волокон в проекции переднего спинно-моз-жечкового пути, как в «опытной», так и в «опытной с восстановлением» группах, по сравнению с контрольными животными, не получившими генную терапию.

Изменения состояния миелинизированных волокон в большеберцовом пучке седалищного нерва менее выражены, чем в спинном мозге во всех экспериментальных группах, относительно интактной группы. Вместе с тем большая толщина миелина в нервных волокнах из группы «опыт с восстановлением», подтверждает наше предположение о возможном позитивном действии факторов роста VEGF, GDNF, \ICAM на состояние миелинизированных волокон.

Опыт длительных космических полетов показал, что самым эффективным средством сохранения работоспособности космонавтов и подготовки их к возвращению на Землю является ежесуточное выполнение во время полета сложного многочасового комплекса физических упражнений. На сегодняшний день длительность непрерывного пребывания человека в космосе составляет 438 суток, что сопоставимо с расчетным временем

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Таблица. Изменения диаметра миелинизированных волокон, диаметра осевых цилиндров и толщины миелиновой оболочки (%) в спинном мозге экспериментальных животных относительного мышей «интактной» группы

Проводящий путь Группа Диаметр волокон Диаметр осевых цилиндров Толщина миелина

ПСМТ Контрольная -53,68 ± 2,27 -37,67 ± 4,49 -16,01 ± 2,33

ПСМТ Контрольная с восстановлением -51,39 ± 6,72 -32,18 ± 5,10 -19,21 ± 3,24

ПСМТ Опытная -35,94± 26,53 -24,62 ± 18,77 -11,32 ± 7,76

ПСМТ Опытная с восстановлением -32,86 ± 42,33 -20,08 ± 28,47 -12,78 ± 14,75

ТП Контрольная -39,55 ± 3,02 -25,67 ± 2,21 -13,88 ± 5,07

ТП Контрольная с восстановлением -33,27 ± 18,03 -21,03 ± 10,33 -12,24 ± 7,70

ТП Опытная -41,94 ± 10,71 -28,94 ± 6,89 -13,00 ± 3,82

ТП Опытная с восстановлением -36,53 ± 13,15 -24,40 ± 9,91 -12,13 ± 4,57

ЗКСТ Контрольная -37,57 ± 3,87 -22,06 ± 3,45 -15,51 ± 0,42

ЗКСТ Контрольная с восстановлением -44,14 ± 10,25 -26,81 ± 4,62 -17,33 ± 5,63

ЗКСТ Опытная -46,58 ± 6,76 -28,97 ± 4,08 -17,62 ± 2,68

ЗКСТ Опытная с восстановлением -41,55 ± 29,17 -27,68 ± 19,39 -13,87 ± 10,18

Примечания: ПСМТ — в переднем спинно-мозжечковом тракте; ТП — в тонком пучке; ЗКСТ — заднем корково-спинномозговом тракте.

марсианской экспедиции, который включает межпланетные перелеты и кратковременное пребывание космонавтов на Марсе. Несомненно, что по мере усложнения задач, стоящих перед космонавтикой, этот срок будет возрастать. Но даже усердное выполнение специально разработанных профилактических спортивных комплексов не устраняет полностью развитие ГДС [8, 27, 28], поэтому запросы космической медицины диктуют необходимость разработки новых современных технологий патогенетической профилактики и лечения последствий невесомости.

Тот факт, что изменения в структуре миелинизи-рованных волокон в спинном мозге мышей после космического полета аналогичны таковым при

моделировании гипогравитации на Земле, свидетельствует о возможности использования данной модели для поиска способов предотвращения негативных воздействий невесомости на опорно-двигательный аппарат космонавтов. Выполненное исследование на данном этапе дает основание сделать предварительное заключение о целесообразности внедрения в практическую космическую медицину превентивной генной терапии для предупреждения развития ГДС при длительных космических полетах, поскольку предложенный способ предоставит возможность увеличить полезное рабочее время за счет сокращения продолжительности ежедневных физических упражнений.

ЛИТЕРАТУРА [REFERENCES]:

1. Roy R.R., Zhong H., Bodine S.C. et al. Fiber size and myosin pheno-types of selected rhesus lower limb muscles after a 14-day spaceflight. J. Gravit. Physiol. 2000; 7(1): S45.

2. Shenkman B.S. From Slow to Fast: Hypogravity-Induced Remodeling of Muscle Fiber Myosin Phenotype. Acta Naturae 2016; 8(4): 47-59.

3. Comfort P., McMahon J.J., Jones P.A. et al. Effects of Spaceflight on Musculoskeletal Health: A Systematic Review and Meta-analysis, Considerations for Interplanetary Travel, https://link.springer.com/ article/10.1007/s40279-021-01496-9.

4. Fitts R.H., Riley D.R., Widrick J.J. Functional and structural adaptations of skeletal muscle to microgravity. J. Exp. Biol. 2001; 204(18): 3201-8.

5. Narici M., Kayser B., Barattini P. et al. Effects of 17-day spaceflight on electrically evoked torque and cross-sectional area of the human triceps surae. Eur. J. Appl. Physiol. 2003; 90(3-4): 275-82.

6. Tesch P.A., Berg H.E., Bring D. et al. Effects of 17-day spaceflight on knee extensor muscle function and size. Eur. J. Appl. Physiol. 2005; 93(4): 463-8.

7. Rittweger J., Albracht K., Fluck M. et al. Sarcolab pilot study into skeletal muscle's adaptation to long-term spaceflight. NPJ Microgravity 2018; 4: 18.

8. Islamov R.R., Tiapkina O.V., Nikolsky E.E. et al. The Role of Spinal Cord Motoneurons in the Mechanisms of Development of Low-Gravity Motor Syndrome. Neuroscience and Behavioral Physiology 2015; 45(1): 96-103.

9. Chevrel G., Hohlfeld R., Sendtner M. The role of neurotrophins in muscle under physiological and pathological conditions. Muscle Nerve 2006; 33(4): 462-76.

10. Sakuma K., Yamaguchi A. The recent understanding of the neurotrophics role in skeletal muscle adaptation. J. Biomed. Biotechnol. 2011; 2011: 201696.

11. Delbono O. Neural control of aging skeletal muscle. Aging Cell 2003; 2(1): 21-9.

12. Исламов Р.Р., Валиуллин В.В. Нервная регуляция пластичности скелетной мышцы. Неврологический вестник им. В.М. Бехтерева 2014;

XLVI(3): 56-64. [Islamov R.R., Valiullin V.V. Nervous regulation of skeletal muscle plasticity. Neurological Bulletin named after V.M. Bekhterev 2014; XLVI(3): 56-64].

13. Hester M., Foust K., Kaspar R. et al. AAV as a Gene Transfer Vector for the Treatment of Neurological Disorders: Novel Treatment Thoughts for ALS. Current gene therapy 2009; 9: 428-33.

14. Lim S.T., Airavaara M., Harvey B.K. Viral vectors for neurotrophic factor delivery: A gene therapy approach for neurodegenerative diseases of the CNS. Pharmacological Research 2010; 61(1): 14-26.

15. Ismailov S.M., Barykova I.A., Shmarov M.M. et al. Experimental approach to the gene therapy of motor neuron disease with the use of genes hypoxia-inducible factors. Genetika 2014; 50(5): 591-601.

16. Krakora D., Mulcrone P., Meyer M. et al. Synergistic effects of GDNF and VEGF on lifespan and disease progression in a familial ALS rat model. Mol. Ther. 2013; 21(8): 1602-10.

17. Morey-Holton E.R., Globus R.K. Hindlimb unloading rodent model: technical aspects. J. Appl. Physiol. (1985) 2002; 92(4): 1367-77.

18. Андреев-Андриевский А.А., Шенкман Б.С., Попова А.С. и соавт. Экспериментальные исследования на мышах по программе полета биоспутника «Бион-М1». Авиакосмическая и Экологическая Медицина 2014; 48(1): 14-27. [Andreev-Andrievsky A.A., Shenkman B.S., Popova A.S. et al. Experimental studies on mice under the flight program of the biosatellite «Bion-M1». Aerospace and Environmental Medicine 2014; 48(1): 14-27].

19. Islamov R.R., Rizvanov A.A., Fedotova V.Y. et al. Tandem Delivery of Multiple Therapeutic Genes Using Umbilical Cord Blood Cells Improves Symptomatic Outcomes in ALS. Mol. Neurobiol. 2017; 54(6): 4756-63

20. Kuznetsov M.S., Lisyukov A.N., Rizvanov A.A. et al. Bioinformatic Study of Transcriptome Changes in the Mice Lumbar Spinal Cord After the 30-Day Spaceflight and Subsequent 7-Day Readaptation on Earth: New Insights Into Molecular Mechanisms of the Hypogravity Motor Syndrome. Front. Pharmacol. 2019; 10: 747.

21. Лисюков А.Н., Измайлов А.А., Кузнецов М.С. и соавт. Нейропла-стичность спинного мозга мышей в условиях антиортостатического вывешивания. Авиакосмическая и Экологическая Медицина 2019; 53(6):

94-7. [Lisyukov A.N., Izmailov A.A., Kuznetsov M.S. et al. Neuroplastlclty of the spinal cord of mice under conditions of hindlimb unloading. Aerospace and Environmental Medicine 2019; 53(6): 94-7].

22. Watson C., Harrison M. The location of the major ascending and descending spinal cord tracts in all spinal cord segments in the mouse: actual and extrapolated. Anat. Rec. (Hoboken) 2012; 295(10): 1692-7.

23. Islamov R.R., Mishagina E.A., Tyapkina O.V. et al. Mechanisms of spinal motoneurons survival in rats under simulated hypogravity on earth. Acta Astronautica 2011; 68: 1469-77.

24. Tyapkina O.V., Nurullin L.F., Rezvyakov P.N. et al. Myelination disorders in the mechanism of hypogravity motor syndrome development. Biophysics 2012; 57(5): 861-3.

25. Islamov R.R., Rizvanova A.A., Tyapkina O.V. et al. Genomic study of gene expression in the mouse lumbar spinal cordunder the conditions of simulated microgravity. Doklady Biological Sciences 2011; 439: 197-200.

26. Povysheva T.V., Rezvyakov P.N., Shaimardanova G.F. et al. Myelinated fibers of the mouse spinal cord after a 30-day space flight. Doklady Biological Sciences 2016; 469: 1-4.

27. Kozlovskaya I.B., Kreidich Y.V., Oganov V.S. et al. Pathophysiology of motor functions in prolonged manned space flights. Acta Astronautica 1981; 8(9): 1059-72.

28. Kozlovskaia I.B., Grigoriev A.I. Physiological reactions to muscle loading under conditions of long term hypogravity. Physiologist 1991; 30(1): 76-7.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.