3 курс / Фармакология / НАУЧНО_МЕТОДИЧЕСКОЕ_ОБОСНОВАНИЕ_БИОСКРИНИНГОВЫХ_ПЛАТФОРМ_ДЛЯ_ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

81

данных, он позволяет анализировать эффекты фармакологических

манипуляций, что может быть использовано для поиска новых лекарств.

3.10. Острые поведенческие эффекты делириантных препаратов

атропина и скополамина у зебраданио

Галлюциногенные агенты представлены несколькими группами препаратов, включая классические серотониновые психоделики,

диссоциативные средства (которые действуют как антагонисты глутаматергических N-methyl-D-aspartate/NMDA рецепторов),

делирианты (которые действуют как холинолитики), и опиоиды (Kyzar and Kalueff, 2016). Холинергическая система играет важную роль в регуляции поведения и физиологии человека и животных (Terry and Buccafusco, 2003, Sarter and Bruno, 2000). Например, зебраданио проявляют выраженный дозозависимый ответ на никотин (Cachat et al., 2011, Kily et al., 2008) - классический агонист никотиновых холинорецепторов, который малых и умеренных дозах вызывает анксиолитический профиль в ТНА (Levin et al., 2007a) и геномные ответы

(Petzold et al., 2009) в генах, связанных с нейропластичностью и модуляцией нейротрансмиттеров (Kily et al., 2008). Атропин и скополамин – классические антагонисты мускариновых (М)

холинорецепторов с выраженными психотропными и токсическими эффектами (Inzelberg et al., 1990, Lochner and Thompson, 2016, Buccafusco et al., 2008). Делириантный галлюциноген атропин влияет на холинергическую нервную активность у зебраданио (Park et al., 2008),

требуя дальнейших исследований делириантных препаратов на зебраданио (Kyzar and Kalueff, 2016; De Abreu et al., 2018).

В работе были изучены острые поведенческие эффекты атропина

(60, 90 и 120 мг/л) и скополамина (60, 120, 180 и 240 мг/л) у взрослых

https://t.me/medicina_free

82

зебраданио в ТНА, ЧБК и ТПК (Abreu et al., 2018; Volgin et al., 2019a,b).

Атропин в дозе 90 мг/л слегка увеличивал двигательную активность ТНА,

скополамин в дозе 120 мг/л вызывал анксиогенные эффекты в ТНА, с

низкими показателями заплыва в верхнюю часть аквариума, числом заплыва наверх, высоким латентным периодом выхода наверх (таблицы 7

и 8). Оба препарата не продемонстрировали нарушений в тесте ЧБК (табл. 9), но увеличили среднее расстояние между рыбами в ТПК (рис. 16).

Таблица 7. Острые эффекты атропина на поведение взрослых зебраданио в ТНА (Volgin et al., 2019b). *P<0,05, **P<0,01, ***P<0,001 по сравнению с контролем (n = 14-15 в группе), апостериорный критерий Данна для значимых данных теста Крускала-Уоллиса. Статистически значимые данные выделены жирным.

https://t.me/medicina_free

83

наверх, с

Таблица 8. Острые эффекты скополамина у зебраданио в ТНА (Volgin et al., 2019b). P<0,05, **P<0,01, ***P<0,001 против контроля (n = 14-15 в

группе), апостериорный критерий Данна для значимых данных теста Крускала-Уоллиса. Статистически значимые данные выделены жирным.

https://t.me/medicina_free

84

Таблица 9. Эффекты атропина и скополамина у зебраданио в тесте ЧБК

(Volgin et al., 2019b), тест Крускала-Уоллиса (P>0.05, n = 10 в группе).

поправкой Бонферрони.

Таким образом, поведенческая чувствительность к данным препаратам в тестах на тревогу, активность и социальное взаимодействие

(Abreu et al., 2018; Volgin et al., 2019a,b; Dos Santos et al., 2021),

подтверждает эффективность зебраданио в качестве моделей для изучения антихолинергических галлюциногенных делириантных препаратов.

https://t.me/medicina_free

85

3.11. Нейрофенотипирование зебраданио на основе вибраций

Нейроповеденческие исследования на зебраданио обычно основаны на автоматизированном видеоотслеживании индивидуальных или групповых реакций рыб на различные стрессоры, препараты или генетические манипуляции (Stewart et al., 2014). Однако движущиеся зебраданио также излучают вибрационные сигналы, которые можно регистрировать и характеризовать (Wang et al., 2021). Используя приложение для смартфона с акселерометром, в работе впервые проведен анализ сигналов вибрации у взрослых зебраданио при действии нейротропных препаратов.

Поведенческое тестирование проводилось в изолированной кабине

(рис. 17) без присутствия экспериментатора, чтобы свести к минимуму нежелательные воздействия окружающей среды во время экспериментов.

Установка включала 35-см металлическую подставку от гомогенизатора ткани D-160 (DLAB Co., Ltd., Пекин, Китай) и платформу из пенополистирола (ширина 22 x длина 17 см, 2 см высотой, с боковыми бортиками 2 см для предотвращения скольжения объекта), подвешенную горизонтально на высоте 13,5 см от поверхности на 4-х эластичных резиновых шнурах (покрытие из полиэстера, диаметр 0,8 мм, растяжение

250 %). Животных помещали в пластиковый стакан объемом 220 мл

(высота 5,5 см, диаметр 9,3 см, вес 243 г), расположенный рядом со смартфоном R1 Hammer (Hammer Technology Co., Ltd., Пекин, Китай),

оценивая вибрационные сигналы с помощью приложения VibSensor (Now Instruments Software, Inc., Ханой, Вьетнам).

Для записи спектров вибрации рыб помещали в контейнер с водой,

расположенный на платформе (рис. 17), с таймером, установленным на запись вибраций в течение 5 минут после 5-минутной задержки,

необходимой для стабилизации установки, движения платформы,

https://t.me/medicina_free

86

вызванные процедурой размещения рыбы, а также для адаптации зебраданио к установке. Сразу после размещения животных нажимался таймер приложения VibSensor, чтобы запустить 5-минутный период акклиматизации (во время которого не велась запись), после чего с 5-

минутной задержкой приложение автоматически начало запись вибрации в течение 5 минут. Для фармакологической валидации метода проведено тестирование когорт из 5 рыб при действии двух сильнодействующих седативных препаратов - экстракта кавы и ареколина (рис. 18 и 19).

Рисунок 17. Экспериментальная установка, используемая для оценки вибрационного сигнала зебраданио (Wang et al., 2020c).

Значимы эффекты (при однофакторном дисперсионном анализе) после воздействия кавы и

ареколина на вибрацию зебраданио на пиковую резонансную частоту (F (2,87) = 44,75, P<0,0001), амплитуду/длину пика (F (2,87) = 54,37, P<0,0001) и % возникновения пика (F (2,87) = 28,72, P<0,0001, см. детали на рис. 18 и 19.

https://t.me/medicina_free

87

Рисунок 18. Анализ спектра вибрации в опытах без рыбы, с контролем из

5 рыб и группой, обработанной водным экстрактом корня кавы в течение

20 мин (Wang et al., 2020c). **P<0,005, ***P<0,001, ****P<0,0001 против опыта без рыбы или контроля, апостериорный тест Тьюки для значимых данных дисперсионного анализа (рис. 17, общее число протестированных животных 300).

Рисунок 19. Анализ спектра вибрации в опытах без рыбы, с контролем из

5 рыб и группой, обработанной ареколином (10 мг/л) в течение 20 мин

(Wang et al., 2020c). **P<0,005, ***P<0,001, ****P<0,0001 против опыта без рыбы или контроля, апостериорный тест Тьюки для значимых данных дисперсионного анализа (рис. 17, общее число протестированных животных 260).

https://t.me/medicina_free

88

Таким образом, впервые показано, что движущиеся зебраданио генерируют обнаруживаемые, воспроизводимые частотные спектры мощности вибрации, которые могут быть чувствительны к различным фармакологическим манипуляциям, включая седативные и анксиолитические препараты.

3.12. Эффекты острого и хронического действия кавы на

зебраданио

Кава-кава (Piper methysticum) — многолетнее растение Юго-

восточной Азии с длительной историей медицинского применения в регионе (Volgin et al., 2020). Экстракты корней кавы и содержащиеся в них кавалактоны (рис. 20) модулируют ЦНС человека и часто используются для облегчения тревожности, бессонницы и боли (Volgin et al., 2020). В работе исследовалось влияние острого и хронического экстракта кавы и кавалактонов на тревогу, агрессию и социальное поведение взрослых зебраданио, а также на их нейрохимические,

нейроэндокринные и геномные ответы (Wang et al., 2020b).

В первом эксперименте зебраданио подверглись 20-ти минутному воздействию водного экстракта корней кавы и кавалактонов в концентрациях 10, 20 и 50 мг/л. Во втором эксперименте рыбы подвергались хроническому действию экстракта кавы в течение 7 дней при концентрации 5 мг/л с последующей 12-часовой отменой.

Тестирование проводилось в ТНА, ЧБК, ТПК и тестах социального предпочтения и агрессии (Song et al., 2016; Zabegalov et al., 2019a).

Проводился анализ уровня кортизола, нейрохимических показателей и экспрессии генов в мозге рыб.

https://t.me/medicina_free

89

Рисунок 20. Панель А – общая химическая формула каволактонов, получаемых из экстракта кавы кавы.

В целом, острое 20-минутное воздействие кавы и кавалактонов вызывало сходные дозозависимые седативные эффекты у зебраданио в ТНА и ЧБК

(рис. 20), снижая исследовательскую активность в верхних и светлых секциях, а также повышая частоту и продолжительность неподвижности

(замирания). Острое воздействие также вызывало дозозависимое снижение активности в зеркальном тесте (на агрессию), тесте социального предпочтения и ТПК (рис. 21), что свидетельствует о глобальном поведенческом торможении, наиболее вероятно отражающем седативный эффект во всех использованных тестах. Более того, и кава, и

кавалактоны снижали уровень кортизола и активировали экспрессию ранних протоонкогенов c-fos и c-jun в мозге (22). Экстракт кавы в поведенчески активной дозе 50 мг/л влиял на моноаминергическую нейротрансмиссию, повышая уровни дофамина, DOPAC, норадреналина,

серотонина и 5-HIAA в мозге (рис. 23).

Хроническое 7-дневное действие экстракта кавы (5 мг/л) также вызывало поведенческое торможение у зебраданио в ТНА и повышение плотности косяка в ТПК (рис. 24). Эти поведенческие эффекты в целом соответствовали острому профилю кавы при более высокой дозе в этих тестах, как описано выше (рис. 20). Кроме того, хроническое лечение кавой также активировало несколько генов биомаркеров, включая гены микроглии (CD11b, Egr-2, iNOS) и астроцитов (C3, C4B, S100a),

отдельные эпигенетические (ncoa-1), провоспалительные гены (IL1β, IL-

6, TNFα) и гены глюкокортикоидного рецептора (GR, рис. 25).

https://t.me/medicina_free

90

Тест незнакомого аквариума

Экстракт кавы

Кавалактоны

Концентрация мг/л

Рисунок 20. Панель Б - Влияние острого экстракта кавы 10-50 мг/л и кавалактонов (формула вверху справа, 10-50 мг/л) на тревожное поведение зебраданио в ТНА и ЧБК (Wang et al., 2020b). *P<0,05, **P<0,01, ***p<0,001 против контроля (n = 15-18 в группе),

апостериорный тест Тьюки для значимых однофакторных данных дисперсионного анализа или U-критерий Манна-Уитни (для кортизола).

https://t.me/medicina_free