Wissenschaftler entwickeln und testen ein neues Modell traumatischer Hirnverletzungen bei Zebrafischen

Eine Gruppe von Wissenschaftlern, zu der auch Forscher der Ural Federal University (UrFU) gehörten, hat ein neues Modell der traumatischen Hirnverletzung (TBI) bei Zebrafischen entwickelt und erfolgreich getestet. Die Verwendung dieses Modells ermöglichte es, TBI zu simulieren und molekulare Angriffspunkte zu identifizieren, die für die Behandlung von Neurotraumen und deren Folgen vielversprechend sind. Dies ebnet den Weg für die präklinische Erprobung neuer neuroprotektiver Medikamente an Zebrafischen. Ein Artikel, der die Studien beschreibt, wurde in Pharmaceutics veröffentlicht.

Die häufigsten experimentellen Modelle traumatischer Hirnverletzungen sowohl bei Nagetieren als auch bei Zebrafischen, wie ein mechanischer Schlag auf den Kopf oder das Durchstechen des Gehirns mit einer Nadel, werden mit einer durchdringenden Schädigung des Gehirngewebes in Verbindung gebracht. Im neuen Modell konnten die Fische für sie relativ gefahrlos untersucht werden. Da Haut und Schädel der verwendeten Zebrafischsorte transparent sind, „erleuchteten“ Wissenschaftler das Gehirn direkt und nicht-invasiv. Ihre Methode basiert auf der Bestrahlung des Gehirns von Fischen mit einem einzigartigen Lasersystem mit einem präzisen Leitsystem. Es wurde speziell für diesen Zweck entwickelt.

Darüber hinaus wurden in dieser Arbeit die Lokalisierung, Leistung und Dauer der Laserbestrahlung sorgfältig angepasst und optimiert. Unsere Methode ermöglichte es, das Gehirn von Fischen trotz ihrer geringen Größe anzusprechen. Daher wurden alle unerwünschten Schäden ausgeschlossen. Das Oberflächengewebe des Organismus wurde keinen zerstörerischen Wirkungen ausgesetzt, und kein einziger Fisch starb an den Folgen der Bestrahlung.“

Allan Kalueff, Leiter der Studie

10 Minuten nach der Laserbestrahlung kam der Fisch wieder zu Bewusstsein. In den ersten beiden Tagen bewegten sich die bestrahlten Zebras deutlich weniger aktiv: seltener, langsamer, kürzere Strecken zurücklegend, oft und lange an Ort und Stelle frierend. Dies war ein Hinweis auf ernsthafte Störungen im normalen Verhalten von Fischen mit TBI. Die Tatsache, dass ihre Reaktionen das Verhalten von Säugetieren und Menschen mit TBI genau reproduzierten, zeigte die Zuverlässigkeit des entwickelten Modells.

Gleichzeitig waren die Wissenschaftler nach der Analyse mehrerer molekularer Biomarker für Neuroinflammation, Schädigung und Erholung von Neuronen davon überzeugt, dass Zebrafische im Gegensatz zu Säugetieren bereits eine Woche nach einer Neuroverletzung in der Lage sind, die Gehirnfunktionen vollständig wiederherzustellen. Daher sind Fische von besonderem Interesse für die Identifizierung und Untersuchung der Mechanismen der Neuroregeneration und für die präklinische Erprobung geeigneter Medikamente.

„Wir haben mehrere potenzielle molekulare Angriffspunkte evaluiert, um die Therapiemechanismen bei Schädel-Hirn-Trauma und deren Folgen zu identifizieren. Die gewonnenen Ergebnisse zeigten, dass zum einen während des gesamten Beobachtungszeitraums im Gehirn von Zebrafischen Mikroglia aktiviert waren des Zentralnervensystems, die sowohl Zelltrümmer als auch andere schädliche Faktoren eliminieren und Regenerationsprozesse in Gang setzen.Offenbar spielt die Aktivierung von Mikroglia eine wichtige Rolle bei der Reaktion des Körpers auf primäre traumatische Hirnverletzungen in ihrer akuten Phase. Gleichzeitig verlängert und übermäßig Die Aktivierung von Mikroglia kann weitere Hirnschäden verursachen. Daher könnte die Regulierung der Mikrogliaaktivität einen vielversprechenden Ansatz in der Behandlung von TBI darstellen“, sagt Allan Kalueff.

Zweitens zog einer der Biomarker, der aus dem Gehirn stammende neurotrophe Faktor (BDNF), der die Reproduktion, das Überleben und die Entwicklung von Neuronen unterstützt, die Aufmerksamkeit der Wissenschaftler auf sich. Unmittelbar nach der Bestrahlung deutlich abnehmend, stieg die BDNF-Expression auch am siebten Tag auf das Niveau von Fischen aus der Kontrollgruppe an.

„Wir glauben, dass BDNF in diesem neuen TBI-Modell zum Überleben und zur vollständigen Wiederherstellung der Funktionsfähigkeit von geschädigtem Hirngewebe beiträgt. Daher haben dieses Protein sowie seine Analoga möglicherweise ein besonderes therapeutisches Potenzial bei TBI“, sagt Allan Kalueff.

Die durchgeführten Studien und die erzielten Ergebnisse sind von großer praktischer Bedeutung in der Behandlung von Menschen. Ein Neurotrauma betrifft jedes Jahr weltweit etwa 60 Millionen Menschen und führt häufig zu Krankenhausaufenthalten, dauerhafter Behinderung und Tod. Die häufigsten Ursachen für solche Verletzungen sind Erschütterungen, Schläge, Stürze, penetrierende Kopfverletzungen, beispielsweise durch Sport, Verkehrsunfälle oder Angriffe. Es ist auch wichtig, dass TBI für solche schweren neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson prädisponieren kann. Gleichzeitig sind die häuslichen SHT die häufigste Art von Neurotrauma und erfordern sowohl eine eingehende Untersuchung auf molekularer, zellulärer und Verhaltensebene als auch neue, produktive Methoden für ihre Behandlung.

Es sei darauf hingewiesen, dass der Leiter der Studie Alan Kaluev ist, Professor der Russischen Akademie der Wissenschaften, Mitglied der Europäischen Akademie, führender Forscher am Forschungsinstitut für Neurowissenschaften und Medizin, Professor an der St. Petersburg State University und der Sirius Science and Technology University, führender Forscher an der Ural Federal University und dem Moscow Institute of Physics and Technology. Er ist auch ein führender Wissenschaftler in der Forschung am Novosibirsk Research Institute of Neuroscience and Medicine (Labor von Tamara Amstislavskaya und Maria Tikhonova).

Quelle:

Uralische Föderale Universität

Referenz:

Tichonova, MA, et al. (2022) Ein neuartiges laserbasiertes Zebrafischmodell zur Untersuchung traumatischer Hirnverletzungen und ihrer molekularen Ziele. Pharmazie. doi.org/10.3390/pharmaceutics14081751.

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