Значение фотобиомодуляции в формировании мембранного потенциала митохондрий головного мозга в норме и после гипоксии у мышей
- Авторы: Щелчкова Н.А.1,2, Пчелин П.В.1, Шкарупа Д.Н.1, Васягина Т.И.1, Баврина А.П.2
-
Учреждения:
- Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
- Приволжский исследовательский медицинский университет
- Выпуск: Том 18, № 4 (2023)
- Страницы: 554-557
- Раздел: Материалы конференции
- URL: https://bakhtiniada.ru/2313-1829/article/view/256269
- DOI: https://doi.org/10.17816/gc623302
- ID: 256269
Цитировать
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Только для подписчиков
Аннотация
Фотобиомодуляция с использованием низкоинтенсивного красного света (НКС) рассматривается в качестве неинвазивного, недорогого и безопасного метода, оказывающего на ткани стимулирующий, заживляющий и регенеративный эффекты. Значение фотобиомодуляции показано при таких нейродегенеративных заболеваниях, как болезнь Альцгеймера, Паркинсона, ишемическое поражение головного мозга [1–3]. Особенный интерес представляет действие НКС на митохондрии за счёт потенциальной фотоакцепции излучения комплексом IV ЭТЦ (КIV). Однако необходимо учитывать, что возможность и активность синтеза АТФ митохондриями зависит не столько от функционального состояния мембраны органелл, сколько от высокого электрического потенциала сопряжённых митохондрий.
Цель работы. Исследование значения фотобиомодуляции в формировании мембранного потенциала митохондрий головного мозга в норме и после гипоксии у мышей.
Объектом исследования явились самцы мышей линии C57BL/6. Животные были разделены на 2 группы: интактная (n=20) и животные с моделированием гипобарической гипоксии (n=20). На часть интактных животных (n=10) и животных с моделированием гипоксии (n=10) однократно транскраниально воздействовали НКС (Спектр ЛЦ-02, Россия), длина волны 650±30 нм в течение 3 минут. Через 24 часа осуществляли выделение фракции митохондрий коры левого полушария мозга. Полученную фракцию использовали для изучения динамического изменения митохондриального мембранного потенциала (ΔмтМП) с использованием амперометрического модуля O2k-Fluorescence LED2 респирометра Oroboros Oxygraph-2k (Oroboros Instruments, Австрия) и применением флуоресцентного красителя метилового эфира тетраметилродамина. Данные нормализовали по содержанию белка (метод Бредфорда). Статистическая обработка проводилась с помощью программного обеспечения GraphPad Prism 8 и Excel.
При изучении влияния транcкраниального применения НКС на ΔмтМП при окислительном фосфорилировании комплекса I (KI, NADH-убихинон оксидоредуктаза) митохондрий коры левого полушария интактного мозга было обнаружено увеличение показателя на 18%, для комплекса II (KII, сукцинатдегидрогеназы) — на 40% относительно интактных значений. Показатель ΔмтМП при оценке базального дыхания в интактной группе животных составил 0,052±0,002 усл. ед. Транcкраниальное применение НКС у мышей приводило к увеличению ΔмтМП в 2 раза (0,115±0,010 усл. ед.).
Моделирование гипобарической гипоксии приводит к снижению показателя ΔмтМП на 20% при окислительном фосфорилировании KI, но не изменяет ΔмтМП при окислительном фосфорилировании KII. ΔмтМП при оценке базального дыхания после моделирования гипоксии снизился на 33% относительно интактных значений (0,052±0,002 усл. ед., и 0,035±0,003 усл. ед., соответственно).
Воздействие НКС на мозг после гипоксии не приводило к изменению динамики мембранного потенциала при окислительном фосфорилировании KI и KII, но достоверно увеличивало ΔмтМП при оценке базального дыхания.
На интактную ткань НКС оказывало стимулирующее действие, рост показателя ΔмтМП при окислительном фосфорилировании KI и KII и базальном дыхании, таким образом, повышалось сопряжение между процессами окисления и фосфорилирования. Но на модели гипоксии фотобиомодулирующее влияние НКС проявлялось лишь в условиях базального дыхания. Описанные особенности действия НКС соотносятся с результатами других исследований, указывающих на повышение ΔмтМП и образования АТФ за счёт диссоциации NO и биядерного центра KIV [4].
Ключевые слова
Полный текст
Фотобиомодуляция с использованием низкоинтенсивного красного света (НКС) рассматривается в качестве неинвазивного, недорогого и безопасного метода, оказывающего на ткани стимулирующий, заживляющий и регенеративный эффекты. Значение фотобиомодуляции показано при таких нейродегенеративных заболеваниях, как болезнь Альцгеймера, Паркинсона, ишемическое поражение головного мозга [1–3]. Особенный интерес представляет действие НКС на митохондрии за счёт потенциальной фотоакцепции излучения комплексом IV ЭТЦ (КIV). Однако необходимо учитывать, что возможность и активность синтеза АТФ митохондриями зависит не столько от функционального состояния мембраны органелл, сколько от высокого электрического потенциала сопряжённых митохондрий.
Цель работы. Исследование значения фотобиомодуляции в формировании мембранного потенциала митохондрий головного мозга в норме и после гипоксии у мышей.
Объектом исследования явились самцы мышей линии C57BL/6. Животные были разделены на 2 группы: интактная (n=20) и животные с моделированием гипобарической гипоксии (n=20). На часть интактных животных (n=10) и животных с моделированием гипоксии (n=10) однократно транскраниально воздействовали НКС (Спектр ЛЦ-02, Россия), длина волны 650±30 нм в течение 3 минут. Через 24 часа осуществляли выделение фракции митохондрий коры левого полушария мозга. Полученную фракцию использовали для изучения динамического изменения митохондриального мембранного потенциала (ΔмтМП) с использованием амперометрического модуля O2k-Fluorescence LED2 респирометра Oroboros Oxygraph-2k (Oroboros Instruments, Австрия) и применением флуоресцентного красителя метилового эфира тетраметилродамина. Данные нормализовали по содержанию белка (метод Бредфорда). Статистическая обработка проводилась с помощью программного обеспечения GraphPad Prism 8 и Excel.
При изучении влияния транcкраниального применения НКС на ΔмтМП при окислительном фосфорилировании комплекса I (KI, NADH-убихинон оксидоредуктаза) митохондрий коры левого полушария интактного мозга было обнаружено увеличение показателя на 18%, для комплекса II (KII, сукцинатдегидрогеназы) — на 40% относительно интактных значений. Показатель ΔмтМП при оценке базального дыхания в интактной группе животных составил 0,052±0,002 усл. ед. Транcкраниальное применение НКС у мышей приводило к увеличению ΔмтМП в 2 раза (0,115±0,010 усл. ед.).
Моделирование гипобарической гипоксии приводит к снижению показателя ΔмтМП на 20% при окислительном фосфорилировании KI, но не изменяет ΔмтМП при окислительном фосфорилировании KII. ΔмтМП при оценке базального дыхания после моделирования гипоксии снизился на 33% относительно интактных значений (0,052±0,002 усл. ед., и 0,035±0,003 усл. ед., соответственно).
Воздействие НКС на мозг после гипоксии не приводило к изменению динамики мембранного потенциала при окислительном фосфорилировании KI и KII, но достоверно увеличивало ΔмтМП при оценке базального дыхания.
На интактную ткань НКС оказывало стимулирующее действие, рост показателя ΔмтМП при окислительном фосфорилировании KI и KII и базальном дыхании, таким образом, повышалось сопряжение между процессами окисления и фосфорилирования. Но на модели гипоксии фотобиомодулирующее влияние НКС проявлялось лишь в условиях базального дыхания. Описанные особенности действия НКС соотносятся с результатами других исследований, указывающих на повышение ΔмтМП и образования АТФ за счёт диссоциации NO и биядерного центра KIV [4].
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Источник финансирования. Исследование выполнено при поддержке Министерства здравоохранения Российской Федерации (проект № 121030100281-9).
Об авторах
Н. А. Щелчкова
Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского; Приволжский исследовательский медицинский университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: n.shchelchkova@mail.ru
Россия, Нижний Новгород; Нижний Новгород
П. В. Пчелин
Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
Email: n.shchelchkova@mail.ru
Россия, Нижний Новгород
Д. Н. Шкарупа
Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
Email: n.shchelchkova@mail.ru
Россия, Нижний Новгород
Т. И. Васягина
Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
Email: n.shchelchkova@mail.ru
Россия, Нижний Новгород
А. П. Баврина
Приволжский исследовательский медицинский университет
Email: n.shchelchkova@mail.ru
Россия, Нижний Новгород
Список литературы
- Valverde A, Mitrofanis J. Photobiomodulation for Hypertension and Alzheimer’s Disease // Journal of Alzheimer’s Disease. 2022. Vol. 90, N 3. P. 1045–1055. doi: 10.3233/JAD-220632
- Salehpour F., Hamblin M.R. Photobiomodulation for Parkinson’s Disease in Animal Models: A Systematic Review // Biomolecules. 2020. Vol. 10, N 4. P. 610. doi: 10.3390/biom10040610
- Salehpour F., Mahmoudi J., Kamari F., et al. Brain Photobiomodulation Therapy: a Narrative Review // Molecular Neurobiology. 2018. Vol. 55, N 8. P. 6601–6636. doi: 10.1007/s12035-017-0852-4
- Yang M., Yang Z., Wang P., Sun Z. Current application and future directions of photobiomodulation in central nervous diseases // Neural Regeneration Research. 2021. Vol. 16, N 6. P. 1177–1185. doi: 10.4103/1673-5374.300486
Дополнительные файлы
