A model of seizure-induced neurodegeneration in dysplastic rat brain

Abstract

Malformacje rozwojowe, takie jak dysplazja mózgowia i heterotopie okołokomorowe są często związane z lekooporną padaczką u ludzi, a szczególnie dzieci. Ze względu na to, jedyną skuteczną formą terapii padaczki związanej z dysplazją mózgowia pozostaje chirurgiczna resekcja ognisk drgawkowych. W celu stworzenia nowych leków, które być może pozwolą na mniej inwazyjne leczenie tych przypadków epilepsji, konieczne jest lepsze poznanie jej mechanizmów na poziomie komórkowym i molekularnym. Ważnym narzędziem używanym do tego celu są zwierzęce modele dysplazji mózgu. Niniejsza praca koncentruje się na charakterystyce zmian dysplastycznych wywołanych ekspozycją na promieniowanie gamma na różnych etapach rozwoju embrionalnego szczurów oraz na analizie ich związku ze zmianami podatności na eksperymentalnie wywołane drgawki. We wcześniejszych badaniach, w których wykorzystano modele napadów drgawkowych wywołanych podaniem kwau kainowego lub pilokarpiny, profil drgawek był zróżnicowany w zależności od stadium prenatalnego rozwoju, w którym zaburzona była neurogeneza. Związane to mogły być z neurochemicznie specyficznym działaniem pilokarpiny czy kwasu kainowego. Niniejsza praca wykorzystuje model napadów drgawkowych wywołanych szokami elektrycznymi, który dotychczas nie był stosowany do badania zwierząt z dysplazją mózgu. W tym modelu, powtarzająca się elektrostymulacja podprogowa prowadzi do pojawienia się napadów. Ważną zaletą tej procedury, w porównaniu z użyciem czynników farmakologicznych, jest neurochemiczna neutralność stymulacji, a więc brak wybiórczego pobudzania specyficznych układów neuronalnych. Dzięki temu możliwe jest wykrycie bardziej ogólnych zmian podatności na drgawki. Przeprowadzono badania, w których zwierzęta zostały wyeksponowane na działanie promieniowania gamma (dawka 1 Gy) w 13, 15, 17 lub 19 dniu rozwoju embrionalnego (odpowiednio E13, E15, E17 i E19), a po osiągnięciu dojrzałości poddane elektrostymulacji. Do celów porównawczych wykorzystano szczury kontrolne, nienapromienione, ale poddane elektrostymulacji oraz zwierzęta normalne, nienapromienione i niepoddane elektrostymulacji. Celem badań była ocena podatności na napady drgawkowe wywołane elektrostymulacją, a następnie wykrycie charakterystycznych zmian morfologii mózgowia i wybranych aspektów jego struktury wewnętrznej, w tym zmian ilości i rozmieszczenia interneuronów parwalbumino- i kalretynino-pozytywnych. Otrzymane wyniki analizowano łącznie, aby ujawnić związki pomiędzy zmianami dysplastycznymi a podatnością na napady drgawkowe. Wynikiem tych badań było wykrycie licznych zmian anatomicznych, strukturalnych i funkcjonalnych charakterystycznych dla dysplazji mózgu o różnej genezie (wywołanych napromienieniem w różnych stadiach rozwoju). Należą do nich: redukcja grubości ściany kory mózgowej, szczególnie widoczna u zwierząt napromienionych na wczesnych etapach rozwoju embrionalnego (E13, E15), heterotopie okołokomorowe u zwierząt napromienionych w E15 lub E17, zmiany struktury formacji hipokampa oraz dyspersja neuronów piramidowych w rogu Ammona, wykryta tylko u zwierząt napromienionych w E17. Wykazano również zmiany liczby interneuronów, odzwierciedlające możliwe zaburzenia ich migracji w okresie prenatalnym. Tym zmianom strukturalnym towarzyszyły zmiany funkcjonalne widoczne w profilach drgawek wywołanych elektrostymulacją. Grupy zwierząt napromienionych w E13 lub E15 przejawiły wysoką podatność na drgawki toniczne, natomiast bardzo niską na drgawki kloniczne. U zwierząt grupy napromienionej w E17 zależność była odwrotna - niskiej podatności na napady toniczne towarzyszyła wysoka podatnośc na napady kloniczne. Wykryte, istotne korelacje pomiędzy zmianami morfologii i struktury wewnętrznej mózgowia a przebiegiem drgawek oraz ich typem, mogą świadczyć o dużej roli dysplazji w modulowaniu podatności na czynniki epileptogenne. Zróżnicowanie profilów przebiegu i natężenia drgawek, związane prawdopodobnie z aktywnością różnych obszarów mózgu, mogło być spowodowane odmiennymi właściwościami prenatalnie wywołanych dysplazji