Застосування Nano-PSO послаблює когнітивні та нейронні дефіцити в результаті черепно-мозкової травми. Частина 1

Анотація: Черепно-мозкова травма (ЧМТ) є однією з найпоширеніших причин неврологічних ушкоджень у молодих людей. Це широко вважається фактором ризику нейродегенеративних захворювань, таких як хвороба Альцгеймера (AD) і хвороба Паркінсона (PD).

Черепно-мозкова травма є тривожним станом, який може завдати серйозної шкоди нашому мозку, різним ступенем впливаючи на пам’ять, мислення та прийняття рішень. Однак, незважаючи на те, що ці проблеми можуть певний час вплинути на наше життя, все ще є багато позитивних заходів, які можуть допомогти нам відновити чи покращити пам’ять.

По-перше, ми можемо допомогти покращити нашу пам’ять за допомогою серії когнітивних тренувань, які можуть включати ігри, виконання щоденних завдань і стимулювання нашого мозку шляхом вивчення нових речей. Цей тренінг може допомогти нам розвинути нові нервові шляхи, покращити наше мислення та пам’ять.

По-друге, у повсякденному житті ми можемо допомогти нам підтримувати здоровий мозок, змінивши свій раціон і звички займатися спортом. Деякі продукти, багаті білком, вітамінами та антиоксидантами, такі як овочі, фрукти та горіхи, можуть допомогти нам покращити когнітивні здібності та захистити наш мозок від пошкоджень. Крім того, регулярні фізичні вправи та підтримання хорошої якості сну також можуть бути корисними для відновлення мозку та догляду за здоров’ям.

Нарешті, ми можемо підтримувати та направляти наш процес відновлення, залишаючись на зв’язку з родиною, друзями та медичними працівниками. Спілкування з іншими та отримання допомоги та підтримки може допомогти нам зберегти оптимістичний настрій, який є важливим для відновлення нашого мозку та покращення пам’яті.

Підсумовуючи, хоча черепно-мозкова травма може спричинити певні проблеми, ми можемо подолати ці труднощі та покращити свою пам’ять і когнітивні здібності за допомогою позитивних дій. Пам’ятайте, кожен може досягти позитивних результатів завдяки наполегливій праці та терплячим зусиллям. Можна побачити, що нам потрібно покращити пам’ять, і Cistanche може значно покращити пам’ять, оскільки Cistanche також може регулювати баланс нейромедіаторів, наприклад, підвищувати рівні ацетилхоліну та факторів росту, які дуже важливі для пам’яті та навчання. Крім того, Cistanche також може покращити кровотік і сприяти доставці кисню, що може гарантувати, що мозок отримує належне харчування та енергію, тим самим покращуючи життєву силу та витривалість мозку.

Натисніть «Знай, як покращити пам’ять».

Ці захворювання частково характеризуються накопиченням специфічних для хвороби неправильно згорнутих білків і мають спільні патологічні ознаки, такі як загибель нейронів, а також запальне та окисне пошкодження.

Було показано, що нанокомпонент олії гранатових кісточок [Nano-PSO (Granagard TM)] націлює свій активний інгредієнт на мозок, а потім пригнічує погіршення пам’яті та загибель нейронів у мишей на моделях AD і генетичної хвороби Крейтцфельда-Якоба.

У цьому дослідженні ми показуємо, що введення Nano-PSO мишам до або після застосування TBI запобігає погіршенню когнітивних і поведінкових здібностей. Крім того, імуногістохімічне фарбування мозку вказує на те, що профілактичне лікування Nano-PSO значно зменшило загибель нейронів, зменшило гліоз і запобігло пошкодженню мітохондрій в уражених клітинах.

Нарешті, ми перевірили рівні сіртуїну1 (SIRT1) і синаптофізину (SYP) у корі за допомогою вестерн-блоттингу.

Споживання NanoPSO призвело до підвищення рівня білка SIRT1 і SYP після травми. Взяті разом, наші результати показують, що Nano-PSO, як природний антиоксидант, націлений на мозок, може частково запобігти пошкодженню, спричиненому ЧМТ.

Ключові слова: ЧМТ; Нано-PSO; нейрозапалення; окислювальний стрес; нейродегенерація

1. Вступ

Черепно-мозкова травма (ЧМТ) є серйозною проблемою громадського здоров’я та основною причиною інвалідності та смерті серед молодих людей і людей похилого віку. Вважається одним із найпоширеніших неврологічних ушкоджень, яке спричиняє захворюваність і смертність і щороку вражає понад 10 мільйонів людей у ​​всьому світі [1]. Оскільки травми голови не завжди вимагають належної медичної допомоги, ці дані, ймовірно, ще вищі.

Основними причинами ЧМТ є падіння, ДТП, напади та спортивні травми [2]. ЧМТ часто зустрічається серед чоловіків і особливо часто у підлітків і молодих людей після дорожньо-транспортних пригод і травм, спричинених алкоголем.

Це також часто зустрічається у людей похилого віку через підвищену ймовірність падіння [3]. Люди, які перенесли ЧМТ, можуть страждати від поведінкових, когнітивних та емоційних розладів, як короткочасних, так і довгострокових, залежно від тяжкості травми [3]. ].

Пацієнти, які зазнали ЧМТ, можуть вийти неушкодженими, але також можуть отримати травми, які вимагають тривалої госпіталізації та навіть закінчуються смертю. Близько 40% випадків важкої травми після ЧМТ закінчуються смертю, при цьому ті, хто вижив, страждають від різних неврологічних розладів, включаючи епілепсію, деменцію та нейродегенеративні захворювання [3,4].

Помірна травма викликає морфологічні зміни, подібні до тих, що виникають при важкій травмі, але вони менш виражені, а когнітивні пошкодження здебільшого легші, ніж при важкій травмі [5]. Крім того, є добре підтверджені докази того, що ЧМТ є важливим фактором ризику розвитку нейродегенеративних захворювань, таких як хвороба Альцгеймера та Паркінсона [6–8].

Окислювальний стрес є одним із потенційних вторинних ушкоджень ЧМТ, який також включає ексайтотоксичність, запалення, апоптоз і мітохондріальну дисфункцію. Мітохондріальна дисфункція часто виявляється у пацієнтів із нейродегенеративними захворюваннями, такими як хвороба Паркінсона та Альцгеймера [9–12].

Мітохондріальна дисфункція може призвести до нерегульованого надлишкового виробництва активних форм кисню (АФК), що є частим показником вторинного пошкодження ЧМТ [13]. Організм людини виробляє ендогенні антиоксиданти, щоб компенсувати або пригнічувати потенційне збільшення виробництва АФК.

Коли ЧМТ призводить до збільшення виробництва АФК, природний рівень антиоксидантів в організмі перевищується, що часто спричиняє перекисне окислення ліпідів і пошкодження ДНК і білка [14]. Це може призвести або до надлишку АФК, або до низького рівня антиоксидантів, стану, відомого як окислювальний стрес, який може мати руйнівні та часто токсичні ефекти, спричиняючи загибель нейрональних клітин і потенційний патогенез [15–19].

ЧМТ не має перевіреного лікування для зменшення пошкоджень або навіть профілактики. З цієї причини надзвичайно важливо шукати краще розуміння патологічних механізмів, які виникають після травми, щоб визначити ідеальні протоколи лікування.

Нано-PSO (Granagard TM), нанокомпозиція олії з гранатових кісточок, що містить високі рівні пунікової кислоти, найсильнішого природного антиоксиданту, показала, що покращує ознаки нейродегенерації, включаючи пам’ять і загибель клітин у кількох моделях нейродегенеративних захворювань [20–22].

У моделі трансгенних мишей для генетичної ХКЯ тривале введення Nano-PSO призвело до затримки прогресування захворювання та зменшення загибелі клітин. У моделі мишей 5XFAD для AD введення Nano-PSO запобігло погіршенню пам’яті та зменшило накопичення A-бета як внутрішньоклітинно, так і внутрішньоклітинно.

У всіх моделях Nano-PSO запобігав зниженню мітохондріальної активності, ймовірно, завдяки своїй сильній і спрямованій на мозок антиоксидантній функції. Нещодавно було показано, що Nano-PSO покращує пам’ять у пацієнтів із розсіяним склерозом [23].

У цьому дослідженні ми показуємо, що введення Nano-PSO, харчової добавки як до, так і після ЧМТ у мишей, пом’якшує порушення зорової та просторової пам’яті.

Це також зменшує втрату нейронів у скроневій корі та зубчастій звивині та знижує інтенсивність реактивних астроцитів у скроневій корі пошкодженого мозку мишей. Крім того, він відновлює вироблення цитохром С-оксидази (ЦОГ), мітохондріального ферменту, який, як повідомляється, впливає на клітини мозку під час нейродегенерації [24].

Крім того, він відіграє роль у дихальному ланцюзі та відповідає за зменшення до 95% кисню, який споживають клітини, включаючи нервові [24].

2. Результати

2.1. Введення Nano-PSO мишам до та після ЧМТ запобігає їх когнітивному погіршенню

Після впливу ЧМТ та лікування Nano-PSO як профілактичного або після ЧМТ (див. Малюнок 1 і методи для схеми експериментів), мишей-самців ICR оцінювали за допомогою піднятого плюсового лабіринту через два тижні після ЧМТ серед окремих когорт.

Ми оцінювали тривожну поведінку мишей, записуючи час, проведений у відкритих рукавах лабіринту, і загальну кількість входів у кожен рукав, відповідно.

Не було відмінностей у часі, проведеному в розкритих руках між усіма групами в обох підходах до лікування, що вказує на те, що на тривожну поведінку мишей не вплинуло ні травма, ні лікування Nano-PSO (результати не показано).

Щоб оцінити вплив обох підходів до лікування (до чи після ЧМТ) споживання NanoPSO на формування пам’яті, розпізнавання нових об’єктів (NOR) і парадигми Y-лабіринту були виконані на різних групах мишей через два тижні після травми.

Постійно повідомляється, що парадигма NOR порушується ЧМТ [25]. Як і очікувалося, миші з TBI страждали від значного дефіциту зорової пам’яті та проводили менше часу біля нового об’єкта порівняно з усіма іншими групами (p < 0.01, p < 0,001, рис. 2A, B) .

Дефіцит був зменшений за допомогою Nano-PSO в обох підходах до лікування. Далі ми виконали тест Y-лабіринту для оцінки просторової пам’яті, як описано раніше [26].

При обох підходах до лікування у мишей із ЧМТ спостерігалося погіршення просторової пам’яті порівняно з контрольними мишами без лікування (p < {{0}}.001, рис. 3A, B). Коли миші отримували лікування Nano-PSO, погіршення просторової пам'яті було зменшено в обох підходах лікування (p <0,001).

Малюнок 3. Введення Nano-PSO мишам TBI покращило просторову пам'ять, оцінену в Y-mazetest. Мишей, які отримували або не отримували ЧМТ, піддавали тесту Y-лабіринту через два тижні після ЧМТ, як описано в методах: (A) мишей, яким вводили Nano-PSO перед ЧМТ; і (B) миші, які отримували Nano-PSO після ЧМТ, представляють індекс переваг відносного часу, який миші витрачали на вивчення нового препарату порівняно зі старою групою.

Статистичний аналіз за допомогою однофакторного дисперсійного аналізу виявив, що тварини з ЧМТ мали дефіцит просторової пам'яті порівняно з усіма іншими групами. (A: F (3, 36)=16.039, p=0.000 LSD Фішера post hoc, *** p < 0.{ {15}}1, n=10; B: F (1, 15)=14.127, p=0.00 LSD Фішера post hoc, ** p < 0,01, n { {18}}).NS=Незначно. Значення представлені як середнє ± SEM.

2.2. Лікування Nano-PSO запобігає загибелі нейронів у мишей з ЧМТ

Після поведінкових експериментів, які виявили, що Nano-PSO може запобігти когнітивним пошкодженням внаслідок травми головного мозку, ми дослідили рівні пошкодження мозку через ЧМТ за наявності чи відсутності Nano-PSO на клітинному рівні за допомогою імуноцитохімії.

Мишей знищили, а їхній мозок зібрали через три тижні після травми, у цей час були виявлені додаткові біохімічні зміни [25,27].

Зміни досліджувалися в скроневій корі, області CA3 гіпокампу та зубчастій звивині з обох сторін мозку. Результати з обох сторін мозку були об’єднані в одне значення для кожної миші.

На малюнках 4A і B показано імунне фарбування цих ділянок мозку антитілом проти NeuN, маркером зрілих нейронів. Результати показують, що кількість нейронів була значно зменшена після ЧМТ, але таке зменшення нейронів було запобігти, якщо Nano-PSO вводили до ЧМТ або після ЧМТ і доки миші не були припинені (через три тижні).

ЧМТ спричинив зниження кількості нейронів у корі головного мозку та зубчастій звивині порівняно з усіма іншими групами (** p < {{0}},01, *** p < 0,001), що вказує на значну втрату нейронів через три тижні після травми (рис. 4A, B). Обидва підходи до лікування зберегли кількість нейронів у корі та зубчастій звивині.

Проте профілактичне лікування ще більше зменшило втрату нейронів у цих областях (** p < {{0}}.01, *** p < 0,001) (Рисунок 4A) порівняно з лікуванням після ЧМТ ( * p < 0,05) (Малюнок 4B).

2.3. Введення Nano-PSO зменшує запалення, спричинене ЧМТ

Оцінка нервово-запальних процесів, що виникають після експозиції ЧМТ, була отримана за допомогою імуногістохімічного фарбування з використанням антитіл GFAP, які мітять реактивні астроцити [28,29].

Фарбування було проведено, щоб перевірити, чи були зміни в рівні експресії астроцитів TBI через три тижні після травми та чи вплинуло на ці зміни профілактичне або пост-TBI лікування Nano-PSO. Зрізи головного мозку, отримані з скроневої кори, вивчали через три тижні після травми.

Як видно на малюнку 5, вплив ЧМТ спричинив значне підвищення кількості астроцитів у корі головного мозку (p < 0.001,p < 0.01), відповідно (рис. 5). Коли Nano-PSO застосовували як профілактичний засіб або як лікування після ЧМТ, це призвело до значного зменшення активованих астроцитів у корі головного мозку, p < 0,001, p < 0,05 відповідно (рис. 5).

Ці результати демонструють, що внаслідок ЧМТ, як і після нелікованої ЧМТ, які отримували Nano-PSO перед ЧМТ і лікувалися Nano-PSO після ЧМТ, було імунологічно забарвлено на NeuN (зелений) і DAPI (синій) [шкала шкали 50 мкм ]; (B) кількісну оцінку імунного фарбування NeuN для всіх зрізів (брегма скроневої кори -1.06 нм і зубчастої звивини -1,34 нм) у кінцевій точці кожного експерименту кількісно визначали за допомогою одностороннього дисперсійного аналізу (Cortex:PRE ( F (3, 16)=15.469, p=0.000 ЛСД Фішера post hoc, *** p < 0.0{{46 }}1, N=5 (F (3, 12) {{20}.607,p=0.{{23} } LSD Фішера post hoc, * p < 0,05 ** p < 0,01, n=3–5)), (DG: PRE (F (3, 14)=6).804, p {{34 }}.000ЛСД Фішера post hoc, ** p < 0,01, n=4–5 (F (3, 13)=12.580, p {{44}); }.000 ЛСД Фішера posthoc, * p < 0,05, ** p < 0,01, *** p < 0,001, n=3–4)). NS=Незначно. Значення представлені як середнє ± SEM.

2.4. Nano-PSO відновлює активність ЦОГ IV1 після ТБ1

Раніше було показано, що в спонтанних/генетичних моделях нейродегенеративних захворювань, таких як AD і CJD, експресія ЦОГ IV1, важливого мітохондріального ферменту для виробництва енергії в клітинах, різко знижується та замінюється ЦОГ IV2, яка може функціонувати за високих рівнів АФК [24,30]. Однак це тимчасовий ефект, поки такі рівні АФК не призведуть до апоптозу та загибелі клітин.

Введення Nano-PSO знижує рівень АФК і відновлює експресію ЦОГ [30]. Тому в цій роботі ми перевірили, чи це також стосується ЧМТ, зовнішньої травми, спричиненої звичайними мишами.

Для цього ми фарбували зрізи мозку, як описано вище, антитілом до ЦОГ IV1. Малюнок 6 показує, що, як і у випадку з генетичними захворюваннями, ЧМТ також спричиняє зниження рівня ЦОГ IV1 навіть через три тижні після заподіяння ураження мозку.

У цьому випадку, як було показано раніше [30, 31], введення Nano-PSO підвищує рівні ЦОГ IV1 як у контрольних, так і в мишей до та після ЧМТ. Оскільки підвищення рівня ЦОГ IV1 відображає окислювальний статус клітин, ми робимо висновок, що Nano-PSO також може знижувати рівень АФК у контрольних мишей, а не лише у мишей, уражених ЧМТ.

Малюнок 6. Лікування Nano-PSO відновило експресію мітохондріальної ЦОГ IV1 у всіх мишей: (A) корональні зрізи скроневої кори головного мозку контрольної групи, яка отримувала та не отримувала лікування, а також після нелікованої ЧМТ, обробленої Nano-PSO перед ЧМТ та обробленої Нано- PSO після ЧМТ фарбували на ЦОГ IV1 (червоний) і DAPI (синій) [шкала 50 мкм]; (B) Кількісну оцінку імунного фарбування ЦОГ IV1 для всіх зрізів (брегма скроневої кори −1.06 нм) у кінцевій точці кожного експерименту було кількісно визначено за допомогою одностороннього дисперсійного аналізу (F (4, 12)=45 .101, p=0.000 ЛСД Фішера posthoc, ** p < 0,01, *** p < 0,001, n=3–4). NS=Незначно. Значення представлені як середнє ± SEM.

2.5. Nano-PSO підвищує рівні SIRT1 і SYP після ЧМТ

Імуноблот загальних рівнів SIRT1, маркера NAD-залежного деацетилазиртуїну-1 в корі головного мозку, досліджували для всіх мишей через три тижні після ЧМТ (рис. 7). Виявлено зниження рівня SIRT1.

Ці результати узгоджуються з попереднім дослідженням із моделлю легкої ЧМТ нашої лабораторії [32]. Однак цьому зменшенню вдалося запобігти за допомогою Nano-PSO, коли його вводили відразу протягом кількох тижнів після події.

На малюнку 7B показаний імуноблот загальних рівнів синаптофізину (SYP), маркера для синаптичних структур, з гомогенатів мозку контрольних мишей, які отримували або не отримували Nano-PSO, а також мишей, які отримували ЧМТ або після ЧМТ.

Результати показують, що разом із загибеллю нейронів, показаною на малюнках 4A та B, синаптичне пошкодження також було викликано ЧМТ. Однак цьому пошкодженню можна запобігти, якщо сильний і спрямований на мозок антиоксидант, такий як Nano-PSO, негайно вводити протягом кількох тижнів після заподіяння шкоди.

Раніше було показано, що більшість уражених нейронів гинули не відразу після травми, а через кілька днів після сильного окислювального стресу, викликаного ЧМТ [33]. Тому негайне лікування антиоксидантами може бути досить ефективним, щоб запобігти значним пошкодженням протягом тривалого часу. бігти.

Рисунок 7. Вплив Nano-PSO на експресію SIRT1/SYP у корі головного мозку мишей з ЧМТ: (A) Гомогенати правого відділу кори головного мозку оброблених і необроблених контрольних груп, а також мишей після ЧМТ, які отримали ЧМТ і NanoPSO, були піддані імуноблоттингу із виявленням SIRT1 і TUB при (110 кДа, 50 кДа) відповідно. Кількісний аналіз імунореактивних смуг SIRT1 кількісно визначали за допомогою зображення Jand, нормалізованого відносно контрольного білка TUB.

Рівні SIRT1 були значно знижені через 30 дні після травми в корі головного мозку мишей з ЧМТ порівняно з контролем. Лікування Nano-PSO запобігло цьому зниженню ** p < 0,01. Односторонній ANOVA виявив значне підвищення експресії SIRT1 у мишей, які отримали лікування після травми. (F (3, 20)=1.084, p=0.002, N=5 ЛСД Фішера post hoc).

(B) Гомогенати правого відділу кори головного мозку оброблених і необроблених контрольних груп, а також мишей після ЧМТ, оброблених TBI і Nano-PSO, піддавали імуноблоттингу за допомогою SYP і TUB, виявлених при (37 кДа, 50 кДа) відповідно.

Кількісний аналіз імунореактивних смуг SYP кількісно визначали за допомогою Image J і нормалізували відносно контрольного білка TUB.

Однофакторний ANOVA виявив значне підвищення експресії SYP у мишей, які отримували лікування після ЧМТ, порівняно з групою ЧМТ (F (3,20) ​​= 1.084, p {{6} }.379, LSD Фішера post hoc * p < 0,5, n=4–5). NS=Незначно. Значення представлено як середнє ± SEM.

Під кожним графіком представлено репрезентативне зображення рівнів SIRT1/SYP і домашнього білка тубуліну (TUB) у правій корі серед усіх груп.

For more information:1950477648nn@gmail.com