Інститут Фізіології ім. О.О. Богомольця
Communities in DSpace
Select a community to browse its collections.
Recent Submissions
Властивості ноцицептивного аферентного входу в першу і десяту пластини спинного мозку щурів
(2025) Короїд Костянтин Володимирович; Романенко Сергій Вячеславович, канд. біол. наук
Дисертаційна робота присвячена дослідженню електрофізіологічних реакцій нейронів першої та десятої пластинок спинного мозку, що мають зв’язки із первинними аферентами поперекового відділу спинного мозку щурів, в нормі і за модельних патологічних станів. В роботі вперше виявлено, що активація TRPV1 у пластинці X зумовлює суттєве зростання частоти й, у частині нейронів, підвищення амплітуди збуджувальних постсинаптичних струмів, а окремі клітини демонструють додатковий повільний вхідний струм. Також в ході дисертаційного дослідження були зафіксовані зміни в електрофізіологічних типах нейронів I пластинки за патологічних станів і встановлені патологічні типи які можуть бути асоційовані з алодинією, гіпералгезією та спонтанним болем
На сьогодні проблема ефективного лікування болю різного етіології залишається одним із актуальних викликів для сучасної медицини. Хронічний біль часто супроводжується центральною сенсибілізацією, тож навіть найсучасніші фармакологічні підходи виявляються недостатньо дієвими, оскільки не враховують усього спектра змін, що відбуваються в нервовій системі. Розробка нових знеболювальних стратегій ускладнюється тим, що наше розуміння організації та регуляції сенсорної системи за нормальних умов, а також змін, які відбуваються під час патологічних процесів, досі є неповним. Саме це стоїть на перешкоді в пошуку і впровадженні новітніх методів купування больового відчуття.
Згідно з сучасними уявленнями, больові сигнали проходять крізь багатоетапну систему, яка охоплює як периферичну ланку (периферичні нерви, рецептори в шкірі, м’язах, суглобах), так і складні мережі спинного та головного мозку. Особливої уваги заслуговують спинномозкові нейрони, адже вони є проміжною ланкою між первинними аферентами і вищими центрами больової обробки, передаючи сигнали про потенційно шкідливі подразники. Ці нейрони розташовані переважно в пластинці I дорсального рогу, мають специфічні електрофізіологічні властивості і відіграють важливу роль у формуванні адекватної больової реакції.
Важливим напрямом досліджень стає і пластинка X, що, серед іншого, інтегрує соматичну та вісцеральну ноцицептивну інформацію. Наявність у цій пластинці рецепторних систем, залучених до больової модуляції, зокрема TRPV1-рецепторів, вказує на те, що ця зона може брати активну участь у процесах центральної сенсибілізації. Вивчення пластинки X разом з пластинкою I відкриває нові перспективи в пошуку мішеней для терапевтичного втручання, адже розуміння механізмів, що визначають перехід гострого болю в хронічний, дає змогу розробляти більш таргетні та ефективні методи лікування больових синдромів.
Нейропатичний біль є виснажливим станом, який погіршує якість життя й виникає внаслідок патологічних змін в соматосенсорній нервової системи. Його клінічними ознаками є гіпералгезія (надмірна реакція на шкідливі подразники), алодинія (болісна відповідь на нешкідливі подразники) та спонтанний біль. Наявні методи лікування обмежені через відсутність повного розуміння клітинних механізмів, що лежать в основі патологічних станів. Для з’ясування патологічних змін та ролі нейронів пластинки I у формування хронічного болю було використано модель нейропатичного болю з частковим пошкодженням нерва.
Аналіз отриманих у даному дослідженні даних показав, що у тварин із частковим пошкодженням нерва помітно змінюються характеристики відповідей спинномозкових-парабрахіальних нейронів які виникають при стимуляції первинних аферентів. Зокрема спостерігається поява нехарактерних за їх електрофізіологічними характеристиками для контрольних тварин типів нейронів, які реагують на стимуляцію суббольового діапазону, що може свідчити про їх залученість в формування алодинії. Крім того, за умов нейропатичного болю, виникають інші підтипи нейронів які у відповідь на больовий стимул переходять в стан тривалої генерації потенціалів дії, що може зумовлювати розвиток гіпералгезії. Понад те, більше третини клітин досліджених в у умовах індукованого патологічного стану демонстрували стан тривалої генерації потенціалів дії без стимуляції аферентів, що, імовірно, свідчить про розвиток спонтанного болю. Таким чином, виявлені зміни електрофізіологічної поведінки нейронів пластинки I підтверджують їх залученість у патогенез хронічного болю.
У проведеному дослідженні отримано експериментальні докази безпосередньої участі нейронів пластинки X спинного мозку щурів у регуляції больової сигналізації. Зокрема, у пластинці X виявлено три основні типи нейронів: односпайкові, тонічні та відтерміновані. Тонічні клітини (близько 43% популяції) підтримують тривалу генерацію потенціалів дії й запобігають надмірній збудливості за патологічних станів, оскільки вважаються переважно, гальмівними. Односпайкові нейрони характерно відповідають одиночним потенціалом дії у відповідь на внутрішньоклітинну стимуляцію струмом та, імовірно, відповідають за швидку передачу больових сигналів, а відтерміновані, генеруючи потенціали дії з часовою затримкою яка залежить від інтенсивності стимулу, можуть кодувати інтенсивність стимулу, ставлячи їй у відповідність кількість потенціалів дії.
У механізмах центральної сенсибілізації суттєву роль відіграє TRPV1, чия активація в пластинці X стимулює посилений викид глутамату й стимулює активність мережі в цій зоні. Блокування AMPA–рецепторів майже повністю придушує капсаїцин-індуковану активність, тоді як пригнічення NMDA–рецепторів лише знижує її інтенсивність. Така взаємодія TRPV1 із глутаматними рецепторами різних типів може потенційно розглядається як мішень для терапевтичного впливу на патологічний біль.
Участь гіпокальцину в NMDA-рецептор залежній довготривалій синаптичній депресії
(2025) Оліфіров Борис Олексійович; Білан Павло Володимирович, докт. біол. наук, професор
Довготривала синаптична пластичність є фізіологічним підґрунтям процесів запам’ятовування, набуття навичок і формування досвіду. Одним з основних різновидів довготривалої пластичності в глутаматергічних синапсах є NMDA-рецептор залежна довготривала синаптична депресія (long-term depression/LTD). В основі розвитку LTD є тривале зменшення кількості глутаматних AMPA-рецепторів на мембрані постсинаптичного нейрона, що призводить до зниження здатності окремих синапсів передавати збудливі сигнали. Широко відомо, що розвиток LTD відбувається у відповідь на тривалу, але низькочастотну, активацію синапсів і вторинним посередником в цьому процесі виступають іони Ca2+ які на початкових етапах індукції LTD надходять через активовані глутаматні NMDA-рецептори. Подальші сигнальні каскади провокують дисоціацію AMPA-рецепторів з ділянки постсинаптичної щільності та їх вилучення з плазматичної мембрани дендрита шляхом клатрин-опосередкованого ендоцитозу (clathrin-mediated endocytosis/CME). Однак точні механізми що забезпечують Ca2+-залежність і локалізацію CME в процесі індукції LTD залишались маловивченими. Наявні дослідження висували нейронний Ca2+-сенсорний білок гіпокальцин (hippocalcin/HPCA) на роль потенційної сигнальної ланки в індукції LTD. Особливість HPCA полягає в наявності міристильного перемикача, залишку жирної кислоти на N-кінці білка, що вивільняється з гідрофобної кишеньки молекули після зв’язування з Ca2+. Це обумовлює здатність HPCA до Ca2+-залежного та оборотного вбудовування до ліпідних мембран. Згідно з попередніми дослідженнями, HPCA забезпечує Ca2+-залежне доставлення до поверхні мембран комплексу адаптерних білків 2, що взаємодіє з AMPA-рецепторами та ініціює CME. Однак ці дослідження ґрунтувались виключно на біохімічних, імунологічних на непрямих електрофізіологічних методах, без прямого спостереження за досліджуваними білками в процесі індукції LTD. Тому метою дисертаційного дослідження було визначити участь HPCA в процесі індукції NMDA-рецептор залежної LTD з використанням методів флуоресцентного мічення білків і флуоресцентної візуалізації їх переміщень і взаємодій у живих клітинах.
Для фармакологічної індукції NMDA-рецептор залежної LTD в первинній культурі нейронів гіпокампа було розроблено та валідовано нову методику тривалих локальних іонофоретичних прикладань NMDA. Новий підхід дозволив гнучко та ефективно моделювати LTD у поодиноких нейронах. Можливість застосовувати іонофорез для тривалих прикладань будь-яких полярних водорозчинних речовин в широкому спектрі експериментальних підходів робить створений метод перспективною альтернативою обробки всіх клітин в зразку розчином із фармакологічними препаратами (bath-application).
У дослідах із використанням флуоресцентної мітки постсинаптичної щільності (PSD95) було оцінено просторові характеристикам Ca2+-залежного перерозподілу HPCA в дендритному дереві у відповідь на активацію NMDA-рецепторів. Виявлено, що регіони вбудовування HPCA є гетерогенними вздовж всього дендритного дерева та спостерігається значне накопичення HPCA в дендритних шипиках. Важливо зауважити, що вбудування HPCA в межах дендритних шипиків спостерігались виключно в регіонах, що оточували постсинаптичну щільність. Виявлені регіони цитоморфологічно відповідають зонам ендоцитозу, регіонам що забезпечують активне вилучення синаптичних рецепторів. Подальші прямі спостереження за взаємною локалізацією та потенційною взаємодією між HPCA та beta-субодиницею комплексу адаптерних білків 2 (AP2B1) як у контрольних умовах, так і процесі індукції LTD були проведені з використанням підходів для детектування Фьорстеровського резонансного перенесення енергії (FRET). В структурі дендритних шипиків було виявлено значущі рівні FRET
до початку індукції LTD. Натомість у відповідь на протокол індукції LTD збільшення рівнів FRET спостерігалось як в дендритних шипиках, так і значних ділянках вздовж стовбуру дендрита, а по завершенню протоколу величина FRET не демонструвала повернення до початкових значень. Це є вагомими свідченнями щодо взаємодії між HPCA та AP2B1, яка може обумовлювати як конститутивний трафік рецепторів в зонах ендоцитозу дендритних шипиків, так і необоротне збільшення рівня ендоцитозу AMPA-рецепторів на стадіях індукції та підтримання LTD.
Мітохондріальні механізми кардіопротекції при інсулінорезистентності та гіпоксичному прекондиціюванні
(2025) Козловська Марія Геннадіївна; Портніченко Алла Георгіївна, д.м.н.
Дисертація присвячена встановленню мітохондріальних механізмів кардіопротекції у щурів при інсулінорезистентності і впливі гіпоксичного прекондиціювання.
В експериментах на 72 дорослих щурах самців лінії Вістар з використанням патофізіологічних (моделювання інсулінорезистентності у щурів, гіпоксичне прекондиціювання, ішемія-реперфузія ізольованого серця за методом Лангендорфа), фізіологічних (дослідження функції ізольованих мітохондрій полярографічним методом Чанса), біохімічних (зміни вуглеводного та ліпідного метаболізму, інсулінотолерантний тест, активність про- та антиоксидантних ферментів, морфометричних (визначення розміру інфаркту міокарда), морфологічних (електронна мікроскопія), молекулярно-біологічних (визначення рівня експресія білка коактиватора 1α рецептора, активованого проліфератором пероксисом гама (PGC-1α) в міокарді методом імуноблотингу), статистичних методів дослідження встановлено мітохондріальні механізми кардіопротекції у щурів при інсулінорезистентності і впливі гіпоксичного прекондиціювання.
Одержані при виконанні роботи результати характеризуються науковою новизною. Вперше встановлено, що розвиток інсулінорезистентності після вживання високожирової дієти протягом 2 тижнів супроводжується перебудовою окиснення енергетичних субстратів у мітохондріях в бік погіршення окиснення НАД-залежного субстрату глутамату і ФАД-залежного сукцинату, в той час як окиснення НАД-залежного ліпідного субстрату пальмітоїлу демонструвало тенденцію до зростання. Одержані показники свідчать про зростання використання ліпідів мітохондріями як енергетичного субстрату, що супроводжувалося ефективною елімінацією нутрітивних тригліцеридів з периферичної крові. У міокарді відбувалася помірна активація вільнорадикальних процесів зі зростанням активованих продуктів тіобарбітурової кислоти на 17%, а в якості основної компенсаторної ланки антиоксидантного захисту була задіяна система глутатіону. В міокарді зростала експресія мітохондріального регулятора PGC-1α, спостерігалося кількісне зростання субсарколемальної та інтраміофібрилярної субпопуляцій мітохондрій та активація їх внутріклітинних зв’язків з іншими органелами.
Вперше охарактеризовано кардіпротекторні прояви активації мітохондріальних механізмів в інсулінорезистентному міокарді, а саме, постішемічне покращення скоротливої функції серця, обмеження проявів окисного стресу, пошкодження мітохондрій та проявів їх дисфункції.
Вперше встановлено, що викликаний інсулінорезистентністю розлад механізмів енергетичного метаболізму призводив до зростання чутливості мітохондрій до впливу гіпоксичного прекондиціювання, проявів мітохондріальної дисфункції і зниження внеску окисного фосфорилювання у синтезі аденозинтрифосфату. В цих умовах гіпоксичне прекондиціювання залучало у міокарді додаткові протективні механізми, зокрема, мітохондріальні. У комплексі І електронтранспортного ланцюга відбувалася субстратна перебудова в бік окиснення ліпідів, збільшувалось спряження окиснення і фосфорилювання, а також відбувалася активація гліколізу. Гіпоксичне прекондиціювання інсулінорезистентних тварин відзначалося активацією мітохондріального апарату міокарду та енергетичного метаболізму, відсутністю мітохондріальної та ендотеліальної дисфункції. Стимулювалося зростання експресії білка PGC-1α у правому шлуночку, що може вказувати на більшу напруженість енергетичного метаболізму і підключення додаткових механізмів кардіопротекції. Активізувалася мітохондріальна динаміка в міокарді з елімінацією ушкоджених органел шляхом мітофагії і біогенезом нових мітохондрій. Однак гіпоксичне прекондиціювання при інсулінорезистентності підтримувало тільки структурну протекцію в міокарді при ішемії-реперфузії, тоді як функціональна та метаболічна протекція зберігалася лише частково через зменшення ефективності мітохондріального дихання при інсулінорезистентності.
Вперше встановлено, що активація опосередкованих PGC-1α компенсаторних механізмів, а саме, стимуляції мітохондріального біогенезу, переходу мітохондрій на вживання інших енергетичних субстратів, обмеження окисного стресу, забезпечувалася при інсулінорезистентності та впливі гіпоксії зростанням експресії цього білка у міокарді, яка переважала у правому шлуночку серця, а також збільшенням вмісту активатора PGC-1α ліпопротеїнів високої щільності у периферичній крові.
Одержані результати мають фундаментальне і практичне значення. Встановлено нові відомості про мітохондріальні компенсаторні механізми при інсулінорезистентності, які сприяють відновленню вуглеводного і ліпідного метаболіму в міокарді, посиленню мітохондріального апарату серця і енергетичного забезпечення його функції, що обмежує розвиток окисного стресу та ішемічно-реперфузійне пошкодження міокарда. Встановлено нові відомості про механізми розвитку прекондиціювання міокарда в умовах інсулінорезистентності, а саме, залучення PGC-1α–залежних мітохондріальних механізмів до структурної протекції міокарду та втрату функціональної протекції за рахунок обмеження енергетичного метаболізму мітохондрій.
Результати роботи можуть бути використані у клінічній медицині – кардіології та кардіохірургії – з метою уточнення рекомендацій щодо застосування методів прекондиціювання та гіпокситерапії у хворих з метаболічними порушеннями, а також у наукових та освітніх закладах медичного профілю.
Морфофункціональні особливості спонтанного відновлення після травмування спинного мозку у мишей різної статі
(2025) Нестеренко Юлія Анатоліївна; Рибачук Оксана Андріївна, к.б.н.
Дисертаційна робота присвячена дослідженню морфофункціональних відмінностей та особливостей відновлення нервової тканини після моделювання травми спинного мозку (ТСМ) у мишей різної статі, а також впливу ТСМ на органи видільної (нирки та сечовий міхур) та репродуктивної систем (сім’яники, придатки сім’яників та сім’яні міхурці – у самців; яєчники та матка – у самиць) мишей.
У роботі оптимізовано модель ТСМ – лівобічний половинний перетин та вперше проведено її на мишах лінії FVB різної статі. З використанням поведінкових тестів були встановлені показники локомоторної активності ((за шкалою (Basso-Beattie-Bresnahan (ВВВ) та шкалою Basso (В)) та рівень спастичності (за шкалою Ashworth) за задньої іпсилатеральної кінцівки (ЗІК) у тварин обох статей після ТСМ протягом тривалого періоду (до 12-ти місяців). Виявлено достовірні відмінності показників локомоторної функції та рівня спастичності ЗІК самців і самиць мишей з ТСМ у порівнянні з контролем та між групами. Показано кореляцію показників функції та показників спастичності на різних термінах посттравматичного періоду, що свідчить про посттравматичне відновлення у тварин після ТСМ.
Після та імуногістохімічного забарвлення та додаткового забарвлення гематоксилін-еозином нервової тканини встановлено особливості нейродегенеративних процесів у спинному мозку (СМ) тварин після травми. Так, у СМ експериментальних самців на всіх термінах дослідження (до 12-ти місяців) виявлено ознаки запалення тканини СМ, довготривалий процес формування рубця із проявами запалення суміжних із рубцем тканин. У порівнянні із самцями, у самиць з ТСМ ознаки запалення тканини СМ були недовготривалими, формування рубця відбувалось швидше, а суміжна інтактна із зоною рубцювання тканина відзначалась короткотривалими незначними ознаками запалення.
У дисертаційній роботі також виявлено морфофункціональні зміни в органах видільної та репродуктивної систем у самців та самиць мишей після ТСМ. Зокрема, при морфологічному дослідженні показано ознаки активного запального процесу і набряку в нирках та сечовому міхурі експериментальних самців і самиць мишей на різних термінах посттравматичного періоду. Органи репродуктивної системи самців з ТСМ, а саме, сім’яники, сім’яні міхурці та придатки яєчок, також зазнавали змін у вигляді застійних та дегенеративних процесів на довготривалих термінах дослідження. Тоді як у самиць лише на пізніх термінах посттравматичного періоду відзначали незначні дегенеративні зміни в матці та появу кістозних утворень в яєчниках.