Оптогенетическая стимуляция подавляет иктальную активность в 4-аминопиридиновой модели эпилептической активности in vitro
- Авторы: Зайцев А.В.1, Проскурина Е.Ю.1, Трофимова А.М.1, Постникова Т.Ю.1, Ергина Ю.Л.1, Амахин Д.В.1, Ким К.Х.1, Тиселько В.С.1, Чижов А.В.1
-
Учреждения:
- Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук
- Выпуск: Том 18, № 4 (2023)
- Страницы: 786-788
- Раздел: Материалы конференции
- URL: https://bakhtiniada.ru/2313-1829/article/view/256346
- DOI: https://doi.org/10.17816/gc623343
- ID: 256346
Цитировать
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Только для подписчиков
Аннотация
По оценкам ВОЗ, почти 1% населения Земли страдает эпилепсией. Несмотря на успехи в разработке новых противоэпилептических препаратов, припадки не удается полностью устранить почти у трети пациентов.
Одним из перспективных подходов к лечению эпилепсии может стать генная терапия. Поскольку эпилептическая активность вызвана дисбалансом между возбуждением и торможением, исследователи в первую очередь сосредоточились на регулировании возбудимости нейронов. Первоначально основные подходы были основаны на гиперэкспрессии тормозных пептидов, таких как галанин или NPY, или подавлении возбудимости нейронов путем гиперэкспрессии калиевых каналов в нейронах. Однако эти эффекты должны быть хорошо рассчитаны и строго дозированы, так как впоследствии трудно скорректировать экспрессию. Если экспрессия будет слишком низкой, противосудорожный эффект не будет достигнут, а если экспрессия будет слишком высокой, нейронные сети будут нарушены из-за сильного торможения.
По этой причине большой интерес представляют методические подходы к лечению, при которых можно контролировать влияние на возбудимость нейронов в эпилептическом очаге. Оптогенетические методы дают такое преимущество. Оптогенетика использует свет для изменения возбудимости определенных популяций нейронов и может также использоваться в парадигме биологической обратной связи, в которой источник света активируется только при риске возникновения судорожной активности. В настоящее время разработан целый ряд оптогенетических инструментов, включающий светоактивируемые катионные (например, ChR2) и анионные каналы (ACR), метаботропные рецепторы, помпы (NpHR, Arch) и энзимы. Однако оптогенетический подход сопряжен с рядом технических трудностей при доставке источника света и риском развития иммунного ответа на экспрессию родопсинов.
В данном докладе рассматривается опыт практического применения оптогенетических инструментов при использовании 4-аминопиридиновой in vitro модели эпилептиформной активности в переживающих срезах энторинальной коры. Мы проверили эффективность подавления иктальной активности с помощью нескольких вариантов оптогенетической стимуляции: (1) активации возбуждающих и тормозных нейронов (на мышах Thy1-ChR2-YFP), (2) активации только тормозных интернейронов (на мышах PV-Cre после инъекции вируса с геном каналородопсина-2), гиперполяризации возбуждающих нейронов после экспрессии (3) археродопсина или (4) светозависимой натриевой помпы. Мы выявили, что иктальная активность успешно подавлялась, когда низкочастнотная оптогенетическая стимуляция вызывала регулярную интериктальную активность. Обычно интериктальная активность запускалась при ритмической синхронной активации главных нейронов энторинальной коры. В остальных случаях иктальная активность сохранялась, хотя ее свойства могли изменяться. Нами определены параметры оптогенетической стимуляции, которые оказались наиболее эффективными для подавления иктальной активности.
Наличие широкого спектра подходов генной терапии эпилепсии, продемонстрировавших эффективность в доклинических исследованиях, позволяет предположить, что клинические испытания некоторых из этих подходов начнутся в ближайшие несколько лет.
Ключевые слова
Полный текст
По оценкам ВОЗ, почти 1% населения Земли страдает эпилепсией. Несмотря на успехи в разработке новых противоэпилептических препаратов, припадки не удаётся полностью устранить почти у трети пациентов.
Одним из перспективных подходов к лечению эпилепсии может стать генная терапия. Поскольку эпилептическая активность вызвана дисбалансом между возбуждением и торможением, исследователи в первую очередь сосредоточились на регулировании возбудимости нейронов. Первоначально подходы были основаны на гиперэкспрессии тормозных пептидов, таких как галанин или NPY, или подавлении возбудимости нейронов путём гиперэкспрессии калиевых каналов в нейронах. Однако эти эффекты должны быть хорошо рассчитаны и строго дозированы, так как впоследствии трудно скорректировать экспрессию. В случае слишком низкой экспрессии противосудорожный эффект не будет достигнут, а в случае слишком высокой экспрессии нейронные сети будут нарушены из-за сильного торможения.
По этой причине большой интерес представляют методические подходы к лечению, при которых можно контролировать влияние на возбудимость нейронов в эпилептическом очаге. Оптогенетические методы дают такое преимущество. Оптогенетика использует свет для изменения возбудимости определённых популяций нейронов и может также применяться в парадигме биологической обратной связи, в которой источник света активируется только при риске возникновения судорожной активности. В настоящее время разработан целый ряд оптогенетических инструментов, включающий светоактивируемые катионные (например, ChR2) и анионные каналы (ACR), метаботропные рецепторы, помпы (NpHR, Arch) и энзимы. Однако оптогенетический подход сопряжён с рядом технических трудностей при доставке источника света и с риском развития иммунного ответа на экспрессию родопсинов.
В данном докладе рассматривается опыт практического применения оптогенетических инструментов при использовании 4-аминопиридиновой in vitro модели эпилептиформной активности в переживающих срезах энторинальной коры. Мы проверили эффективность подавления иктальной активности с помощью нескольких вариантов оптогенетической стимуляции: 1) активации возбуждающих и тормозных нейронов (на мышах Thy1-ChR2-YFP); 2) активации только тормозных интернейронов (на мышах PV-Cre после инъекции вируса с геном каналородопсина-2); 3) гиперполяризации возбуждающих нейронов после экспрессии археродопсина или 4) светозависимой натриевой помпы. Мы выявили, что иктальная активность успешно подавлялась, когда низкочастнотная оптогенетическая стимуляция вызывала регулярную интериктальную активность. Обычно интериктальная активность запускалась при ритмической синхронной активации главных нейронов энторинальной коры. В остальных случаях иктальная активность сохранялась, хотя её свойства могли изменяться. Нами определены параметры оптогенетической стимуляции, которые оказались наиболее эффективными для подавления иктальной активности.
Наличие широкого спектра подходов генной терапии эпилепсии, продемонстрировавших эффективность в доклинических исследованиях, позволяет предположить, что клинические испытания некоторых из этих подходов начнутся в ближайшие несколько лет.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Вклад авторов. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией).
Источник финансирования. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект № 21-15-00430).
Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.
Об авторах
А. В. Зайцев
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук
Автор, ответственный за переписку.
Email: aleksey_zaitsev@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург
Е. Ю. Проскурина
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук
Email: aleksey_zaitsev@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург
А. М. Трофимова
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук
Email: aleksey_zaitsev@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург
Т. Ю. Постникова
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук
Email: aleksey_zaitsev@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург
Ю. Л. Ергина
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук
Email: aleksey_zaitsev@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург
Д. В. Амахин
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук
Email: aleksey_zaitsev@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург
К. Х. Ким
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук
Email: aleksey_zaitsev@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург
В. С. Тиселько
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук
Email: aleksey_zaitsev@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург
А. В. Чижов
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук
Email: aleksey_zaitsev@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург
Список литературы
Дополнительные файлы
