Нейротропное действие нейротрофического фактора BDNF на разных этапах развития культур диссоциированных клеток гиппокампа in vitro

Цель исследования — оценить нейротропное действие нейротрофического фактора головного мозга (BDNF) на спонтанную биоэлектрическую активность нейронных сетей гиппокампа в зависимости от стадии их развития in vitro.

Материалы и методы. Материалом для исследований служили культуры диссоциированных клеток гиппокампа, полученные от эмбрионов мыши линии C57BL/6 18-го дня гестации. Культивирование первичных культур выполняли на мультиэлектродных матрицах MED64 (Alpha Med Science, Япония). Аппликацию нейротрофического фактора в концентрации 0,1; 1; 10 нг/мл в среду культивирования осуществляли на 7, 14 и 21-й дни развития культур in vitro. Регистрация базового уровня спонтанной биоэлектрической активности диссоциированных культур проводилась в течение 10 мин до аппликации вещества. После добавления нейротрофина регистрация активности осуществлялась непрерывно в течение 35 мин. Повторная 10-минутная регистрация выполнялась через 2 и 24 ч после добавления нейротрофина.

Результаты. Показано, что нейротрофический фактор BDNF модулирует спонтанную биоэлектрическую активность культур диссоциированных клеток гиппокампа начиная с 14-го дня развития in vitro. Эффект проявляется в увеличении длительности сетевой пачки и реструктуризации паттерна спонтанной сетевой активности при отсутствии изменений в количестве спайков в пачке. Нейротропный эффект BDNF наблюдается через 10–15 мин после аппликации с продолжительностью действия не менее 2 ч.

Заключение. Применение нейротрофического фактора BDNF в концентрации 0,1; 1 и 10 нг/мл оказывает транзиторный нейротропный эффект на спонтанную биоэлектрическую активность зрелых нейронных сетей культур диссоциированных клеток гиппокампа начиная с 14-го дня развития in vitro. Изучение механизмов участия BDNF в синаптической передаче позволит прояснить роль нейротрофина в таких высших функциях ЦНС, как научение и память.

1. Гомазков О.А. Нейротрофическая регуляция и стволовые клетки мозга. М: Икар; 2006; 331 с.
2. Martin J.L., Finsterwald C. Cooperation between BDNF and glutamate in the regulation of synaptic transmission and neuronal development. Commun Integr Biol 2011; 4(1): 14–16, http://dx.doi.org/10.4161/cib.13761.
3. Rose C.R., Blum R., Kafitz K.W., Kovalchuk Y., Konnerth A. From modulator to mediator: rapid effects of BDNF on ion channels. BioEssays 2004; 26(11): 1185–1194, http://dx.doi.org/10.1002/bies.20118.
4. Aptowicz C.O., Kunkler P.E., Kraig R.P. Homeostatic plasticity in hippocampal slice cultures involves changes in voltage-gated Na⁺ channel expression. Brain Res 2004; 998(2): 115–163, http://dx.doi.org/10.1016/j.brainres.2003.11.035.
5. Сunha C., Brambilla R., Tomas K.L. A simple role for BDNF in learning and memory? Front Mol Neurosci 2010; 3: 1, http://dx.doi.org/10.3389/neuro.02.001.2010.
6. Мухина И.В., Казанцев В.Б., Хаспеков Л.Г., Заха­ров Ю.Н., Ведунова М.В., Митрошина Е.В., Коротченко С.А., Корягина Е.А. Мультиэлектродные матрицы — новые возможности в исследовании пластичности нейрональной сети. Современные технологии в медицине 2009; 1: 8–15.
7. Vedunova M., Sakharnova T., Mitroshina E., Perminova M., Pimashkin A., Zakharov Y., Dityatev A., Mukhina I. Seizure-like activity in hyaluronidase-treated dissociated hippocampal cultures. Front Cell Neurosci 2013; 7(149), http://dx.doi.org/10.3389/fncel.2013.00149.
8. Pimashkin A., Kastalskiy I., Simonov A., Koryagina E., Mukhina I., Kazantsev V. Spiking signatures of spontaneous activity bursts in hippocampal cultures. Front Comput Neurosci 2011; 5(46), http://dx.doi.org/10.3389/fncom.2011.00046.
9. Широкова О.М., Фрумкина Л.Е., Ведунова М.В., Митрошина Е.В., Захаров Ю.Н., Хаспеков Л.Г., Мухина И.В. Морфофункциональные закономерности развития нейронных сетей диссоциированных культур гиппокампа in vitro. Современные технологии в медицине 2013; 2: 6–13.
10. Агрба Е.А., Мухина И.В. Пространственно-временная характеристика нейросетевой активности первичных культур гиппокампа. Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского 2013; 4(1): 139–144.
11. Митрошина Е.В., Ведунова М.В., Широкова О.М., Захаров Ю.Н., Калинцева Я.И., Мухина И.В. Оценка динамики функционального состояния диссоциированной культуры гиппокампа in vitro. Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского 2011; 2(2): 283–286.
12. Гладков А.А., Ведунова М.В., Коротченко С.А., Захаров Ю.Н., Балашова А.Н., Мухина И.В. Развитие пространственно-временной структуры нейрональной сети гиппокампа in vitro. Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского 2011; 2(2): 243–248.
13. Caldeira M.V., Melo C.V., Pereira D.B., Carvalho R.F., Carvalho A.L., Duarte C.B. BDNF regulates the expression and traffic of NMDA receptors in cultured hippocampal neurons. Mol Cell Neurosci 2007; 35(2): 208–219, http://dx.doi.org/10.1016/j.mcn.2007.02.019.
14. Porcher C., Hatchett C., Longbottom R.E., McAinch K., Sihra T.S., Moss S.J., Thomson A.M., Jovanovic J.N. Positive feedback regulation between gamma-aminobutyric acid type A (GABA(A)) receptor signaling and brain-derived neurotrophic factor (BDNF) release in developing neurons. J Biol Chem 2011; 286(24): 21667–21677, http://dx.doi.org/10.1074/jbc.M110.201582.
15. Patapoutian A., Reichardt L.F. Trk receptors: mediators of neurotrophin action. Curr Opin Neurobiol 2001; 11(3): 272–280, http://dx.doi.org/10.1016/S0959-4388(00)00208-7.
16. Sakharnova T.A., Vedunova M.V., Mukhina I.V. Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) and its role in the functioning of the central nervous system. Neurochem J 2012; 6(4): 251–259, http://dx.doi.org/10.1134/s1819712412030129

Mishchenko T.A., Vedunova M.V., Mitroshina E.V., Pimashkin A.S., Mukhina I.V. Neurotropic Effect of Brain-Derived Neurotrophic Factor at Different Stages of Dissociated Hippocampal Cultures Development in vitro. Sovremennye tehnologii v medicine 2015; 7(3): 47, https://doi.org/10.17691/stm2015.7.3.06