Транзиторное повышение проницаемости гематоэнцефалического барьера путем интракаротидного введения озонированного физиологического раствора

Цель исследования — оценить воздействие озонированного физиологического раствора с различной концентрацией в нем озона на динамику проницаемости гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) в эксперименте.

Материалы и методы. Исследование ультраструктуры сенсомоторной зоны коры головного мозга животных для оценки состояния ГЭБ проведено на половозрелых аутбредных крысах линии Wistar (n=93). В контрольной серии интракаротидно вводился 0,9% физиологический раствор, во опытных сериях — озонированный физиологический раствор (ОФР) с концентрацией озона 0,7 и 3,5 мг/л. Морфологически исследовали ткань сенсомоторной коры головного мозга крыс через 15 мин, 1, 14 и 30 сут после введения растворов. Анализ проницаемости ГЭБ оценивали по состоянию астроглии, базальной мембраны и межклеточных контактов эндотелия капилляров.

Результаты. Установлено, что после однократного введения ОФР с концентрацией озона 0,7 мг/л через 15 мин происходило транзиторное нарушение проницаемости ГЭБ, что проявлялось частичной редукцией межэндотелиальных плотных контактов (tightjunction), расширением межклеточных щелей, набуханием базальной мембраны и части отростков астроцитов в перикапиллярной области. Изменения ультраструктуры нейронов носили адаптивный характер в ответ на воздействие окислительного фактора и характеризовались увеличением активности белоксинтезирующих органелл. Через 1 сут после воздействия ОФР нарастало повышение проницаемости ГЭБ, на 14-е сутки структура ГЭБ частично нормализовалась (эндотелий капилляров имел плотные межклеточные контакты), а к 30-м суткам ультраструктура ГЭБ и микроциркуляция восстанавливались. Увеличение концентрации озона до 3,5 мг/л в ОФР, вводимом интракаротидно, также приводило к повышению проницаемости ГЭБ, однако его восстановления к 30-м суткам не наблюдалось. Кроме того, изменения сосудов микроциркуляторного русла, ультраструктуры нейронов и глии были более выражены.

Заключение. Однократное интракаротидное введение ОФР с концентрацией озона 0,7 мг/л вызывает увеличение проницаемости ГЭБ на период 1 сут, что сможет обеспечить более эффективное воздействие препаратов на клетки головного мозга во все фазы клеточного цикла.

1. Blanchette M., Tremblay L., Lepage M., Fortin D. Impact of drug size on brain tumor and brain parenchyma delivery after a blood–brain barrier disruption. J Cereb Blood Flow Metab 2014; 34(5): 820–826, https://doi.org/10.1038/jcbfm.2014.14.
2. Shilo M., Sharon A., Baranes K., Motiei M., Lellouche J.P., Popovtzer R. The effect of nanoparticle size on the probability to cross the blood-brain barrier: an in-vitro endothelial cell model. J Nanobiotechnology 2015; 13: 19, https://doi.org/10.1186/s12951-015-0075-7.
3. Шамаев М.И. Изменение мозговых сосудов при глиомах полушарий головного мозга. Автореф. дис. … докт. мед. наук. Киев; 1983.
4. Chen Y., Liu L. Modern methods for delivery of drugs across the blood-brain barrier. Adv Drug Deliv Rev 2012; 64(7): 640–665, https://doi.org/10.1016/j.addr.2011.11.010.
5. Kiviniemi V., Korhonen V., Kortelainen J., Rytky S., Keinänen T., Tuovinen T., Isokangas M., Sonkajärvi E., Siniluoto T., Nikkinen J., Alahuhta S., Tervonen O., Turpeenniemi-Hujanen T., Myllylä T., Kuittinen O., Voipio J. Real-time monitoring of human blood-brain barrier disruption. PLoS One 2017; 12(3): e0174072, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0174072.
6. Leuthardt E.C., Duan C., Kim M.J., Campian J.L., Kim A.H., Miller-Thomas M.M., Shimony J.S., Tran D.D. Hyperthermic laser ablation of recurrent glioblastoma leads to temporary disruption of the peritumoral blood brain barrier. PLoS One 2016; 11(2): e0148613, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0148613.
7. Li C.H., Shyu M.K., Jhan C., Cheng Y.W., Tsai C.H., Liu C.W., Lee C.C., Chen R.M., Kang J.J. Gold nanoparticles increase endothelial paracellular permeability by altering components of endothelial tight junctions, and increase blood-brain barrier permeability in mice. Toxicol Sci 2015; 148(1): 192–203, https://doi.org/10.1093/toxsci/kfv176.
8. Patel M.M., Patel B.M. Crossing the blood-brain barrier: recent advances in drug delivery to the brain. CNS Drugs 2017; 31(2): 109–133, https://doi.org/10.1007/s40263-016-0405-9.
9. Jung Y.S., Lee S.W., Park J.H., Seo H.B., Choi B.T., Shin H.K. Electroacupuncture preconditioning reduces ROS generation with NOX4 down-regulation and ameliorates blood-brain barrier disruption after ischemic stroke. J Biomed Sci 2016; 23: 32, https://doi.org/10.1186/s12929-016-0249-0.
10. Rochfort K.D., Collins L.E., McLoughlin A., Cummins P.M. Tumour necrosis factor-α-mediated disruption of cerebrovascular endothelial barrier integrity in vitro involves the production of proinflammatory interleukin-6. J Neurochem 2016; 136(3): 564–572, https://doi.org/10.1111/jnc.13408.
11. Paxinos G., Watson C. The rat brain in stereotaxic coordinates. 4th edition. San Diego: Academic Press; 1998.
12. Чехонин В.П., Баклаушев В.П., Юсубалиева Г.М., Волгина Н.Е., Гурина О.И. Фундаментальные и прикладные аспекты изучения гематоэнцефалического барьера. Вест­ник Российской академии медицинских наук 2012; 8: 66–78.
13. Erdő F., Hutka B., Dénes L. Function, aging and dysfunction of blood-brain barrier. Crossing the barrier. Orv Hetil 2016; 157(51): 2019–2027.
14. Cabezas R., Avila M., Gonzalez J., El-Bachá R.S., Báez E., García-Segura L.M., Jurado Coronel J.C., Capani F., Cardona-Gomez G.P., Barreto G.E. Astrocytic modulation of blood brain barrier: perspectives on Parkinson’s disease. Front Cell Neurosci 2014; 8: 211, https://doi.org/10.3389/fncel.2014.00211.
15. Liu X., Sui B., Sun J. Blood-brain barrier dysfunction induced by silica NPs in vitro and in vivo: involvement of oxidative stress and Rho-kinase/JNK signaling pathways. Biomaterials 2017; 121: 64–82, https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2017.01.006.

Medyanik I.A., Yakovleva E.I., Galkina M.V., Baskina O.S., Frayerman A.P., Mukhina I.V. Transitory Increase of Hematoencephalic Barrier Permeability by Intracarotid Introduction of Ozonized Saline Solution. Sovremennye tehnologii v medicine 2017; 9(2): 75, https://doi.org/10.17691/stm2017.9.2.09