Введение к работе
Актуальность исследования. Одной из актуальных проблем в нейрохирургии является восстановление периферического нерва после различных повреждений. Для поиска новых эффективных подходов в пластике периферических нервов необходимы сведения о механизмах контроля выживания нейронов. Проведены многочисленные исследования по изучению эффектов травмы периферического нерва на нейроны спинальных ганглиев (Shmalbruch Н. et al., 1984; Melville S. et al., 1989; Groves M. et al., 1997; Hart A.M. et al., 2008). При этом роль клеток-сателлитов этих ганглиев в посттравматических процессах практически не изучена. Клетки-сателлиты окружают перикарионы чувствительных нейронов и по цитогенезу и фенотипическим признакам рассматриваются как аналоги шванновских клеток (Stewart Н. et al., 1995; Челы-шев Ю.А. и др., 2000). Клетки-сателлиты поддерживают выживание и дифференцированное состояние чувствительных нейронов (Рагинов И.С. и др., 2000; Pannese Е. et al., 2003), но лежащие в основе этих процессов механизмы изучены недостаточно. Состояние клеток-сателлитов, в свою очередь, контролируется чувствительными нейронами. В ответ на повреждающий сигнал в нейронах возрастает экспрессия ряда нейротрофических факторов (Shi Т. et al., 1998; Xian С. et al., 1999), а клетки-сателлиты начинают пролиферировать (Vega J. et al., 1989; Ramer M. et al., 2000). Данные о механизмах функционирования системы «нейрон — клетка-сателлит» в условиях посттравматической регенерации немногочисленны. Нейроны спинального ганглия различаются по фенотипическим свойствам, функциональным характеристикам и цитогенезу (Lawson S. et al., 1992; Petraska J. et al., 2000). По морфофункцио-нальным критериям различают три основные популяции нейронов: малые, средние и большие. При травме периферического отростка нейроны, принадлежащие различным популяциям, выживают в разной степени (Ramer М. et al., 2000; Tandrup Т. et al., 2000). Это даёт основание полагать, что поведение клеток-сателлитов чувствительных нейронов различной спецификации в ответ на нейротравму также будет различаться. Объём популяции гибнущих нейронов зависит от характера травмы нерва и различается при передавливании, перерезке и лигировании (Swett J. et al., 1995; Рагинов И.С. и др., 2001). После передавливания нерва большинство нейронов спинальных ганглиев крысы выживает (Swett J. et al., 1995). После перерезки седалищного нерва в спинальных ганглиях по данным разных авторов гибнет 9-37% нейронов (Shmalbruch Н., 1984; Arvidsson J. et al., 1986). Лигирование седалищного нерва вызывает гибель 50% нейронов (Tandrup Т. et al., 2000). От степени выживания нейронов зависит успех дальнейшей регенерации нерва и восстановление утраченных функций. Реакции клеток-сателлитов, окружающих чувствительные нейроны конкретных фенотипов, при различных видах повреждений периферического нерва в литературе практически не освещены. В связи с этим представляется актуальным получение новых данных о структуре и количестве клеток-сателлитов чувствительных нейронов конкретных популяций в условиях различных видов травмы периферического нерва. Понимание сути структурно-функциональных перестроек в системе «нейрон — клетка-сателлит», происходящих после травмы, поможет оценить роль клеток-сателлитов в процессе нейрорегенерации. Сведения о взаимоотношениях в системе «нейрон — клетка-сателлит» при различных методах стимулирования регенерации седалищного нерва могут быть использованы в качестве критерия для выбора оптимальной тканеинже-нерной конструкции при формировании кондуита нерва. Для повышения эффективности регенерации периферического нерва разрабатываются кондуиты с использованием новых биосовместимых материалов, клеточных технологий, противоапоптозных
молекул, нейротрофических факторов и фармакологических стимуляторов. Одним из наиболее мощных источников нейротрофических факторов является эмбриональная нервная ткань (Murakami Т. et al., 2003). Имплантация в разрыв седалищного нерва кондуита, содержащего эмбриональный спинной мозг крысы на стадии Е14, сдерживает посттравматическую гибель чувствительных нейронов реципиента и стимулирует регенерацию нервных волокон (Raginov I.S. et al., 2007). Кроме биологических тканей, в качестве содержимого кондуитов используют синтетические биоматериалы. Вопрос о том, что эффективнее для роста аксонов и выживания нейронов, природные биоматериалы или синтетические биосовместимые материалы, активно дискутируется. Однако, как подобное стимулирование регенерации нерва проявляется на уровне клеток-сателлитов, остаётся неизученным. Данные о количестве и реакциях клеток-сателлитов, их взаимоотношениях с чувствительными нейронами спинального ганглия в условиях стимулирования посттравматической регенерации, помогут глубже понять механизмы функционирования этих клеток и их вклад в процесс регенерации.
Научная новизна. Впервые показаны различия в посттравматическом изменении структуры и количества клеток-сателлитов при передавливании, перерезке и лигиро-вании нерва. Установлено, что степень увеличения количества клеток-сателлитов, соответствующих нейронам различных популяций, связана с выраженностью посттравматической гибели этих нейронов. Для более чувствительных к травме малых нейронов установлено максимальное увеличение численности клеток-сателлитов. Впервые на модели формирования кондуита нерва с эмбриональным спинным мозгом и биосовместимым гелем на основе карбоксиметилцеллюзы получены структурные и количественные характеристики поведения клеток-сателлитов. Установлено, что более выраженное увеличение количества клеток-сателлитов на ранних сроках после травмы обеспечивает наибольший уровень выживания чувствительных нейронов. Впервые охарактеризованы морфологические перестройки в клетках-сателлитах и усиление взаимодействий между ними и нейронами в условиях регенерации нерва при различных видах травмы, а также при формировании кондуита нерва.
Научно-практическая значимость. Полученные результаты значимы для понимания механизмов функционирования системы «нейрон — клетка-сателлит» при травме периферического нерва. Количество и реакция клеток-сателлитов является надёжным критерием для выбора оптимальной тканеинженерной конструкции для устранения дефекта нерва и стимулирования его регенерации. Полученные в работе данные о реакциях клеток-сателлитов в условиях де- и регенерации чувствительных нервных волокон могут быть учтены в разработке новых методов нервной пластики для повышения эффективности регенерации периферического нерва.
Цель и задачи исследования. Цель работы — изучение реакции клеток-сателлитов и их взаимоотношений с чувствительными нейронами спинального ганглия в ходе посттравматической регенерации периферического нерва крысы. В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:
Провести сравнительный анализ количества и структуры клеток-сателлитов больших, средних и малых нейронов спинального ганглия L5 крысы в условиях передавливания, перерезки и лигирования седалищного нерва.
Оценить количество и структуру клеток-сателлитов спинального ганглия крысы в условиях преодоления диастаза нерва при помощи тубуляции с эмбриональным спинным мозгом.
Исследовать структурные особенности и количество клеток-сателлитов в условиях реконструкции тканевого матрикса в потенциальном пространстве роста
регенерирующих нервных волокон с помощью тубуляции с биосовместимым материалом карбоксиметилцеллюлозой. Положения, выносимые на защиту
Изменения в количестве и структуре клеток-сателлитов спинального ганглия L5 различаются для популяций больших, средних и малых чувствительных нейронов при передавливании, перерезке и лигировании седалищного нерва и служат надёжным критерием для оценки эффективности его регенерации.
Реконструкция тканевого матрикса в потенциальном пространстве роста афферентных нервных волокон и нейротрофическое стимулирование их регенерации влияет на структуру и количество клеток-сателлитов, и их коммуникации с нейронами.
Апробация работы. Материалы работы доложены на международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов» (Москва, 2005); II межрегиональной межвузовской научной конференции молодых учёных и студентов «Актуальные вопросы биологии и медицины» (Ижевск, 2005); II международном междисциплинарном конгрессе «Нейронаука для медицины и психологии» (Судак, 2006); 10-й Пущинской школе-конференции молодых учёных «Биология — наука XXI века» (Пущино, 2006); Всероссийской научной конференции «Нейробиологические аспекты морфогенеза и регенерации» (Оренбург, 2008). Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, из них 3 в журналах рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материала и методов, результатов собственных исследований, их обсуждения, выводов и списка литературы, включающего 193 источника. Работа изложена на 135 страницах машинописного текста, иллюстрирована 44 рисунками и 10 таблицами.
