Черепно-мозговая травма (ЧМТ) – основная причина смерти и инвалидности в США.S., по данным CDC, на долю которых приходится около 30% всех смертей от травм. ЧМТ вызывает повреждение как белого, так и серого вещества в головном мозге, но большинство исследований на сегодняшний день сосредоточено на защите тел нейронных клеток в сером веществе, и до сих пор было проведено несколько многообещающих клинических испытаний. Но повреждение белого вещества при ЧМТ, которое происходит в мозолистом теле, внутренней капсуле и кортикоспинальных трактах, также является значительным. Исполнительная функция и память особенно зависят от неповрежденных участков белого вещества, и, по сравнению с очаговыми поражениями, нарушение белого вещества, как известно, является лучшим предиктором долгосрочных клинических исходов при ЧМТ.
Стремясь лучше понять роль белого вещества и, в частности, повреждения аксонов и регенерации при ЧМТ, группа исследователей из Университета Питтсбурга, Университета Дюкена, Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна и Управления по делам ветеранов провела исследование с участием тканевого активатора плазминогена. (tPA) в мышиной модели TBI.
Хотя рекомбинантный tPA является эффективным лекарством от инсульта, которое, как считается, оказывает плейотропное действие на мозг помимо тромболизиса тромбов, его роль в случаях ЧМТ недостаточно изучена. Существующие данные даже предполагают, что tPA может действительно играть вредную роль в моделях острой травмы головного мозга. Некоторые исследования указывают на причастность tPA к повреждению корковой ткани, отеку и кровоизлиянию в мозг при использовании для лечения ЧМТ. Чтобы еще больше запутать ситуацию, tPA естественным образом экспрессируется в сосудистой системе, а также в головном мозге, где способствует синаптической пластичности и росту аксонов. Здесь считается, что он оказывает защитный эффект на нейроны и белое вещество.
Чтобы изучить влияние как эндогенного, так и экзогенного tPA на белое вещество при ЧМТ, исследователи провели эксперимент с участием мышей, состоящий из двух частей. Что касается первой части, мышей с нокаутом, у которых отсутствует ген, кодирующий эндогенный tPA (tPA-KO), и мышей дикого типа (WT), перенесли ЧМТ или фиктивную операцию. В течение 35 дней четыре группы мышей выполнили несколько физических тестов, в том числе вращающийся стержень, цилиндр и водный лабиринт Морриса для измерения сенсомоторной и когнитивной функции. Мнимые мыши WT и tPA-KO показали нормальные результаты в этих тестах, в то время как обе группы мышей с ЧМТ показали себя относительно низко, демонстрируя сенсомоторный дефицит, дефицит обучаемости и памяти. Дефицит производительности был еще более выраженным в подгруппе tPA-KO мышей с ЧМТ.
Через 35 дней исследователи выполнили диффузионную тензорную визуализацию (DTI) и иммуноокрашивание образцов из всех групп, чтобы оценить степень повреждения белого вещества. Как и следовало ожидать, визуализация показала обе группы с ЧМТ со значительной потерей целостности белого вещества, в то время как повреждение белого вещества было заметно более выраженным у мышей tPA-KO. Иммуноокрашивание для оценки целостности миелина в нескольких областях мозга также показало небольшое повреждение в группе фиктивной ЧМТ и группе WT TBI, тогда как повреждение было значительно хуже в группе KO-tPA TBI. Результаты иммуноокрашивания для этой группы коррелировали с результатами физических тестов, описанных ранее.
Эти более долгосрочные данные за 35 дней привели исследователей к подозрению, что дефицит tPA также проявляется на ранних стадиях ЧМТ в виде повреждения аксонов. Иммунофлуоресцентное окрашивание и измерение вызванных потенциалов действия соединений через три дня после ЧМТ подтвердили это. "[E] эндогенный tPA смягчает как острое, так и хроническое повреждение белого вещества после ЧМТ на гистологическом и функциональном уровнях," следователи пришли к выводу.
Во второй части эксперимента исследователи проверили, улучшит ли экзогенный, интраназально введенный tPA неврологический дефицит, наблюдаемый в группе KO-tPA после TBI. Ложную группу мышей WT и tPA-KO обрабатывали фосфатно-солевым буфером (PBS), в то время как группу TBI мышей WT и tPA-KO лечили либо PBS, либо 0.5 мг tPA через два часа после травмы, а затем через день в течение двух недель. В фиктивной группе сенсомоторных дефицитов не выявлено. Однако после лечения интраназальным tPA мыши tPA-KO показали сенсомоторную функцию, эквивалентную мышам WT. Хотя лечение tPA не привело к значительному улучшению пространственного обучения у этих мышей, оно действительно улучшило долговременную пространственную память, которая была эквивалентна таковой у мышей WT, получавших PBS. Таким образом, лечение рекомбинантным tPA у мышей с нокаутом после ЧМТ довело их неврологическую функцию до уровня мышей дикого типа.
Как и в первом эксперименте, для оценки разрушения белого вещества и аксональной проводимости использовались гистологические и электрофизиологические критерии. Хотя различия между группами с фиктивным повреждением и TBI были очевидны, мыши tPA-KO, получавшие интраназальный tPA и мыши WT, показали аналогичные результаты, что указывает на то, что лечение рекомбинантным tPA восполняет недостаток эндогенного tPA и предотвращает долговременную демиелинизацию и повреждение аксонов.
Это исследование также продемонстрировало, что электрофизиологические показатели являются хорошим предиктором функциональных показателей после ЧМТ. Важно отметить, что исследователи также обнаружили, что введение рекомбинантного tPA мышам дикого типа после TBI не увеличивало кровоизлияние в мозг, в то время как мыши с нокаутом, для сравнения, не показали уменьшения кровотечения. Кроме того, исследователи обнаружили, что мыши, получавшие рекомбинантный tPA, показали улучшенные неврологические исходы с точки зрения разрастания аксонов, как измерено в тесте отслеживания тракта, и что рецептор эпидермального фактора роста (EGFR) играет роль в опосредовании роста аксонов.
Это исследование демонстрирует, что tPA, независимо от того, продуцируется он эндогенно или вводится экзогенно, играет важную роль в восстановлении мозга после ЧМТ. Кроме того, взаимодействие tPA, белого вещества и роста аксонов, особенно в том, что касается функциональных характеристик, способствует лучшему пониманию патофизиологии ЧМТ.
Авторы исследования заключают: "Наши результаты показывают, что роль гена, кодирующего плейотропный tPA, в защите коммуникации нейронной сети и улучшении функциональных исходов в острой и хронической фазах ЧМТ." Их выводы относительно риска кровоизлияния в мозг также предполагают, что "Низкодозированные рекомбинантные формы tPA следует продолжать тестировать на предмет их способности сохранять или спасать участки белого вещества и улучшать долгосрочное функциональное восстановление после острых травм головного мозга."