La administración de Nano-PSO atenúa los déficits cognitivos y neuronales resultantes de una lesión cerebral traumática, parte 1

Resumen: El Lesión Cerebral Traumática (TBI), es una de las causas más comunes de daño neurológico en poblaciones jóvenes. Se considera ampliamente un factor de riesgo para enfermedades neurodegenerativas, como la enfermedad de Alzheimer (EA) y la enfermedad de Parkinson (EP).

La lesión cerebral traumática es una afección preocupante que puede causar daños graves a nuestro cerebro y afectarnos en diversos grados en la memoria, el pensamiento y la toma de decisiones. Sin embargo, aunque estos problemas puedan afectar nuestra vida desde hace algún tiempo, todavía existen muchas medidas positivas que pueden ayudarnos a recuperar o mejorar nuestra memoria.

En primer lugar, podemos ayudar a mejorar nuestra memoria a través de una serie de entrenamiento cognitivo, que puede incluir jugar, completar tareas diarias y estimular nuestro cerebro aprendiendo cosas nuevas. Este entrenamiento puede ayudarnos a desarrollar nuevas vías neuronales, mejorar nuestra capacidad de pensamiento y mejorar nuestra memoria.

En segundo lugar, en la vida diaria podemos ayudarnos a mantener un cerebro sano cambiando nuestra dieta y nuestros hábitos de ejercicio. Algunos alimentos ricos en proteínas, vitaminas y antioxidantes, como verduras, frutas y frutos secos, pueden ayudarnos a mejorar nuestras capacidades cognitivas y proteger nuestro cerebro de daños. Además, el ejercicio regular y el mantenimiento de una buena calidad del sueño también pueden ser beneficiosos para la recuperación del cerebro y el cuidado de la salud.

Finalmente, podemos apoyar y guiar nuestro proceso de recuperación manteniéndonos en contacto con familiares, amigos y profesionales de la salud. Comunicarnos con los demás y recibir ayuda y apoyo puede ayudarnos a mantener una actitud optimista, fundamental para la recuperación de nuestro cerebro y la mejora de la memoria.

En conclusión, aunque una lesión cerebral traumática puede traer algunos desafíos, podemos superar estas dificultades y mejorar nuestra memoria y capacidades cognitivas a través de acciones positivas. Recuerde, todos pueden lograr resultados positivos mediante el trabajo duro y el esfuerzo paciente. Se puede ver que necesitamos mejorar la memoria, y Cistanche puede mejorar significativamente la memoria porque Cistanche también puede regular el equilibrio de los neurotransmisores, como aumentar los niveles de acetilcolina y factores de crecimiento, que son muy importantes para la memoria y el aprendizaje. Además, Cistanche también puede mejorar el flujo sanguíneo y promover el suministro de oxígeno, lo que puede garantizar que el cerebro obtenga una nutrición y energía adecuadas, mejorando así la vitalidad y la resistencia del cerebro.

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Estas enfermedades se caracterizan en parte por la acumulación de proteínas mal plegadas específicas de la enfermedad y comparten características patológicas comunes, como la muerte neuronal, así como el daño inflamatorio y oxidativo.

Se ha demostrado que la nanoformulación de aceite de semilla de granada [Nano-PSO (Granagard TM)] dirige su ingrediente activo al cerebro y luego inhibe el deterioro de la memoria y la muerte neuronal en modelos de ratones con EA y enfermedad genética de Creutzfeldt-Jacob.

En este estudio, mostramos que la administración de Nano-PSO a ratones antes o después de la aplicación de TBI previene el deterioro cognitivo y conductual. Además, la tinción inmunohistoquímica del cerebro indica que el tratamiento preventivo con Nano-PSO disminuyó significativamente la muerte neuronal, redujo la gliosis y evitó el daño mitocondrial en las células afectadas.

Finalmente, examinamos los niveles de Sirtuin1 (SIRT1) y Sinaptofisina (SYP) en la corteza mediante transferencia Western.

El consumo de NanoPSO condujo a niveles más altos de proteína SIRT1 y SYP después de la lesión. En conjunto, nuestros resultados indican que Nano-PSO, como antioxidante natural dirigido al cerebro, puede prevenir parte del daño inducido por TBI.

Palabras clave: TCE; Nano-PSO; neuroinflamación; estrés oxidativo; neurodegeneración

1. Introducción

La lesión cerebral traumática (TBI) es un profundo problema de salud pública y una causa importante de discapacidad y muerte en adultos jóvenes y poblaciones de edad avanzada. Se considera una de las lesiones neurológicas más comunes que causa morbilidad y mortalidad y afecta a más de 10 millones de personas en todo el mundo cada año [1]. Dado que las lesiones en la cabeza no siempre requieren atención médica adecuada, es probable que estos datos sean aún mayores.

Las principales causas de TCE incluyen caídas, accidentes de tráfico, agresiones y lesiones deportivas [2]. La TBI es común entre los hombres y especialmente frecuente en adolescentes y adultos jóvenes después de accidentes de tránsito y lesiones relacionadas con el alcohol.

También es común en las personas mayores debido a su mayor probabilidad de caídas [3]. Las personas que han sufrido una lesión cerebral traumática pueden sufrir alteraciones conductuales, cognitivas y emocionales, tanto a corto como a largo plazo, dependiendo de la gravedad de la lesión [3 ].

Los pacientes expuestos a una lesión cerebral traumática pueden salir ilesos, pero también pueden quedar expuestos a lesiones que requieren hospitalización prolongada e incluso terminan en la muerte. Alrededor del 40% de los casos de lesiones graves posteriores a una lesión cerebral traumática terminan en muerte, y los supervivientes padecen diversos trastornos neurológicos, como epilepsia, demencia y enfermedades neurodegenerativas [3,4].

Una lesión moderada provoca cambios morfológicos similares a los de una lesión grave, pero son menos graves y los daños cognitivos son en su mayoría más leves que en una lesión grave [5]. Además, existe evidencia bien establecida de que el TCE es un factor de riesgo importante para el desarrollo de enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer y el Parkinson [6-8].

El estrés oxidativo es una de las posibles lesiones secundarias del TBI, que también incluye excitotoxicidad, inflamación, apoptosis y disfunción mitocondrial. La disfunción mitocondrial se encuentra a menudo en pacientes con enfermedades neurodegenerativas como el Parkinson y el Alzheimer [9-12].

La disfunción mitocondrial puede conducir a una sobreproducción no regulada de especies reactivas de oxígeno (ROS), que es un indicador frecuente de lesión secundaria por TBI [13]. El cuerpo humano produce antioxidantes endógenos para compensar o inhibir posibles aumentos en la producción de ROS.

Cuando la TBI conduce a un aumento en la producción de ROS, los niveles de antioxidantes naturales del cuerpo se ven abrumados, lo que a menudo causa peroxidación lipídica y daño al ADN y las proteínas [14]. Esto puede provocar un exceso de ROS o niveles bajos de antioxidantes, una condición conocida como estrés oxidativo que puede tener efectos devastadores y a menudo tóxicos, causando la muerte de las células neuronales y una posible patogénesis [15-19].

La TBI no tiene ningún tratamiento probado para disminuir el daño o incluso prevenirlo. Por esta razón, es de suma importancia buscar una mejor comprensión de los mecanismos patológicos que siguen a la lesión para determinar los protocolos de tratamiento ideales.

Se demostró que Nano-PSO (Granagard TM), una nanoformulación de aceite de semilla de granada que comprende altos niveles de ácido punícico, el antioxidante natural más fuerte, mejora los signos de neurodegeneración, incluida la memoria y la muerte celular, en varios modelos de enfermedades neurodegenerativas [20-22].

En el modelo de ratones transgénicos para la ECJ genética, la administración a largo plazo de Nano-PSO provocó un retraso en la progresión de la enfermedad y una reducción de la muerte celular. En el modelo de ratones 5XFAD para la EA, la administración de Nano-PSO previno el deterioro de la memoria y redujo la acumulación de A-beta, tanto intracelular como intracelularmente.

En todos los modelos, Nano-PSO evitó una reducción en la actividad mitocondrial, probablemente debido a su fuerte función antioxidante dirigida al cerebro. En humanos, se demostró recientemente que Nano-PSO aumenta la memoria en pacientes con esclerosis múltiple [23].

En el presente estudio, demostramos que la administración de Nano-PSO, un suplemento dietético antes o después de una lesión cerebral traumática en ratones, mitiga las deficiencias de la memoria visual y espacial.

También reduce la pérdida neuronal en la corteza temporal y la circunvolución dentada y reduce la intensidad de los astrocitos reactivos en la corteza temporal de los cerebros de ratones lesionados. Además, restaura la producción de citocromo C oxidasa (COX), una enzima mitocondrial que, según se informa, se ve afectada en las células cerebrales durante la neurodegeneración [24].

Además, desempeña un papel en la cadena respiratoria y es responsable de la reducción de hasta el 95% del oxígeno absorbido por las células, incluidas las células neurales [24].

2. Resultados

2.1. La administración de Nano-PSO a ratones antes y después de una lesión cerebral traumática previene su deterioro cognitivo

Después de la exposición a la TBI y el tratamiento con Nano-PSO, ya sea como tratamiento preventivo o posterior a la TBI (consulte la Figura 1 y los métodos para el esquema de los experimentos), se evaluaron ratones ICR macho utilizando el laberinto en cruz elevado dos semanas después de la TBI entre cohortes separadas.

Evaluamos el comportamiento similar a la ansiedad de los ratones registrando el tiempo que pasaron en los brazos abiertos del laberinto y el número total de entradas a cada brazo, respectivamente.

No hubo diferencias en el tiempo pasado en los brazos abiertos entre todos los grupos en ambos enfoques de tratamiento probados, lo que indica que el comportamiento similar a la ansiedad de los ratones no se vio afectado ni por la lesión ni por el tratamiento con Nano-PSO (resultados no mostrados).

Para evaluar los efectos de ambos enfoques de tratamiento (pre o post-TBI) del consumo de NanoPSO en la formación de la memoria, se realizaron los nuevos paradigmas de reconocimiento de objetos (NOR) y laberinto Y en diferentes grupos de ratones dos semanas después de la lesión.

Se ha informado sistemáticamente que el paradigma NOR se ve afectado por la TBI [25]. Como era de esperar, los ratones con TBI sufrieron importantes déficits de memoria visual y pasaron menos tiempo cerca del nuevo objeto, en comparación con todos los demás grupos (p < 0.01, p < 0,001, Figura 2A, B). .

El déficit se mejoró con Nano-PSO en ambos enfoques de tratamiento. A continuación, realizamos la prueba del laberinto en Y para evaluar la memoria espacial como se describió anteriormente [26].

En ambos enfoques de tratamiento, los ratones con TBI experimentaron deterioro de la memoria espacial en comparación con los ratones de control no tratados (p < {{0}}.001, Figura 3A, B). Cuando los ratones consumieron el tratamiento con Nano-PSO, el deterioro de la memoria espacial mejoró en ambos enfoques de tratamiento (p <0,001).

Figura 3. La administración de Nano-PSO a ratones con TBI mejoró la memoria espacial evaluada en el Y-mazetest. Los ratones con TBI tratados o no tratados se sometieron a la prueba del laberinto Y dos semanas después de la TBI como se describe en los métodos: (A) ratones tratados con Nano-PSO antes de la TBI; y (B) los ratones tratados con Nano-PSO después de una lesión cerebral traumática representan el índice de preferencia del tiempo relativo que los ratones dedicaron a explorar el brazo nuevo en comparación con el brazo anterior.

El análisis estadístico mediante ANOVA unidireccional reveló que los animales con TBI tenían un déficit en la memoria espacial en comparación con todos los demás grupos. (A: F (3, 36)=16.039, p=0.000 LSD post hoc de Fisher, *** p < 0.{ {15}}1, n=10; B: F (1, 15)=14.127, p=0.00 LSD de Fisher post hoc, ** p < 0,01, n { {18}}).NS=No significativo. Los valores se presentan como media ± SEM.

2.2. El tratamiento con nano-PSO previene la muerte neuronal en ratones con lesión cerebral traumática

Después de los experimentos de comportamiento, que encontraron que Nano-PSO puede prevenir el daño cognitivo resultante de una lesión cerebral, analizamos los niveles de daño cerebral por TBI en presencia o ausencia de Nano-PSO en niveles celulares mediante inmunocitoquímica.

Se exterminó a los ratones y se recogieron sus cerebros tres semanas después de la lesión, momento en el que se encontraron más cambios bioquímicos [25,27].

Los cambios se examinaron en la corteza temporal, la región CA3 del hipocampo y la circunvolución dentada en ambos lados del cerebro. Los resultados de ambos lados del cerebro se combinaron en un valor para cada ratón.

Las Figuras 4A y B muestran la inmunotinción de estas áreas del cerebro con anticuerpo anti-NeuN, marcador de neuronas maduras. Los resultados muestran que el número de neuronas se redujo significativamente después de una TBI, pero dicha reducción de neuronas se evitó si se administró Nano-PSO antes de una TBI o después de una TBI y hasta que se terminaron los ratones (tres semanas después).

La TBI indujo una disminución en los recuentos neuronales dentro de la corteza y la circunvolución dentada en comparación con todos los demás grupos (** p < {{0}}}.01, *** p < 0,001), lo que indica una pérdida neuronal significativa a las tres semanas. después de la lesión (Figura 4A, B). Ambos enfoques de tratamiento preservaron el recuento neuronal en la corteza y la circunvolución dentada.

Sin embargo, el tratamiento preventivo mitigó aún más la pérdida neuronal en estas áreas (** p < {{0}}.01, *** p < 0,001) (Figura 4A) en comparación con el tratamiento después de una lesión cerebral traumática ( * p < 0,05) (Figura 4B).

2.3. La administración de Nano-PSO reduce la inflamación causada por TBI

La evaluación de los procesos neuroinflamatorios que ocurren después de la exposición a una LCT se obtuvo mediante tinción inmunohistoquímica utilizando un anticuerpo GFAP que marca los astrocitos reactivos [28,29].

La tinción se realizó para examinar si hubo cambios en el nivel de expresión de los astrocitos TBI tres semanas después de la lesión y si un tratamiento preventivo o post-TBI con Nano-PSO afectó estos cambios. Se estudiaron cortes de cerebro obtenidos de la corteza temporal tres semanas después de la lesión.

Como se puede observar en la Figura 5, la exposición a TBI indujo una elevación significativa de los astrocitos en la corteza (p < 0.001,p < 0.01), respectivamente (Figura 5). Cuando se administró Nano-PSO como tratamiento preventivo o posterior a una lesión cerebral traumática, se produjo una reducción significativa de los astrocitos activados en la corteza, p <0,001, p <0,05, respectivamente (Figura 5).

Estos resultados demuestran que debido a una TBI, a partir de una TBI no tratada, tratada con Nano-PSO antes de la TBI y tratada con Nano-PSO después de la TBI se inmunotinción para NeuN (verde) y DAPI (azul) [barra de escala 50 µm ]; (B) La evaluación cuantitativa de la inmunotinción NeuN para todas las secciones (corteza temporal bregma −1.06 nm y giro dentado −1,34 nm) en el punto final de cada experimento se cuantificó utilizando ANOVA unidireccional (Cortex:PRE ( F (3, 16)=15.469, p=0.000 LSD de Fisher post hoc, *** p < 0.0{{46 }}1, N=5); PSOT (F (3, 12) {{20}}.607,p=0.{{23} } LSD de Fisher post hoc, * p < 0,05 ** p < 0,01, n=3–5)), (DG: PRE (F (3, 14)=6.804, p {{34 }}.000LSD de Fisher post hoc, ** p < 0,01, n=4–5 PSOT (F (3, 13)=12.580, p {{44} }.000 LSD post hoc de Fisher, * p < 0,05, ** p < 0,01, *** p < 0,001, n=3–4)). NS=No significativo. Los valores se presentan como media ± SEM.

2.4. Nano-PSO restaura la actividad de COX IV1 después de TB1

Anteriormente se demostró que en modelos espontáneos/genéticos de enfermedades neurodegenerativas, como la EA y la ECJ, la expresión de COX IV1, una importante enzima mitocondrial para la producción de energía en las células, se reduce drásticamente y se reemplaza por COX IV2, que puede funcionar bajo altos niveles de ROS [24,30]. Sin embargo, este es un efecto temporal hasta que tales niveles de ROS finalmente resulten en apoptosis y muerte celular.

La administración de Nano-PSO reduce los niveles de ROS y restaura la expresión de COX [30]. Por lo tanto, en este trabajo probamos si este también es el caso de la TBI, una lesión externa causada por ratones normales.

A tal efecto, se inmunoteñen cortes de cerebro como se describe anteriormente con el anticuerpo COX IV1. La figura 6 muestra que, al igual que en el caso de las enfermedades genéticas, el TBI también provoca una reducción en los niveles de COX IV1 incluso tres semanas después de causar el daño en el cerebro.

En este caso, y como se muestra antes [30,31], la administración de Nano-PSO aumenta los niveles de COX IV1 tanto en el control como en los ratones pre y post TBI. Dado que un aumento en los niveles de COX IV1 refleja el estado oxidativo de las células, llegamos a la conclusión de que Nano-PSO también puede reducir los niveles de ROS en ratones de control y no solo en los ratones afectados por TBI.

Figura 6. El tratamiento con Nano-PSO restauró la expresión de COX IV1 mitocondrial en todos los ratones: (A) Secciones coronales a través de la corteza temporal de cerebros de controles tratados y no tratados, así como de TBI no tratado, tratados con Nano-PSO antes de TBI y tratados con Nano-PSO. PSO post-TBI fueron inmunoteñidos para COX IV1 (rojo) y DAPI (azul) [barra de escala 50 µm]; (B) La evaluación cuantitativa de la inmunotinción de COX IV1 para todas las secciones (corteza temporal bregma −1.06 nm) en el punto final de cada experimento se cuantificó mediante ANOVA unidireccional (F (4, 12)=45 .101, p=0.000 LSD post hoc de Fisher, ** p < 0,01, *** p < 0,001, n=3–4). NS=No significativo. Los valores se presentan como media ± SEM.

2.5. Nano-PSO eleva los niveles de SIRT1 y SYP después de una lesión cerebral traumática

La inmunotransferencia de los niveles totales de SIRT1, un marcador de desacetilasasirtuina-1 dependiente de NAD en la corteza, se examinó en todos los ratones tres semanas después de la TBI (Figura 7). Se encontró una reducción de los niveles de SIRT1.

Estos resultados están en línea con un estudio previo con un modelo de TBI leve de nuestro laboratorio [32]. Sin embargo, esta reducción se evitó con Nano-PSO cuando se administró inmediatamente durante varias semanas después del evento.

La Figura 7B muestra una inmunotransferencia de los niveles totales de sinaptofisina (SYP), un marcador para estructuras sinápticas, de homogeneizados de cerebro de ratones de control tratados o no tratados con Nano-PSO, así como de ratones tratados con TBI o post-TBI.

Los resultados muestran que, concomitantemente con la muerte neuronal que se muestra en las Figuras 4A y B, el TBI también causó daño sináptico. Sin embargo, este daño se puede prevenir si se administra inmediatamente un antioxidante fuerte y dirigido al cerebro como Nano-PSO durante varias semanas. después de causar el daño.

Se ha demostrado anteriormente que la mayoría de las neuronas afectadas no murieron inmediatamente después de la lesión, sino en los días posteriores debido al estrés oxidativo extenso causado por la TBI [33]. Por lo tanto, el tratamiento antioxidante inmediato puede ser lo suficientemente eficaz como para prevenir daños extensos a largo plazo. correr.

Figura 7. El impacto de Nano-PSO en la expresión de SIRT1/SYP en la corteza de ratones con TBI: (A) Se inmunotransfirieron homogeneizados cerebrales de la corteza derecha de controles tratados y no tratados, así como de ratones post-TBI tratados con TBI y NanoPSO. con SIRT1 y TUB detectados a (110 KDa, 50 KDa), respectivamente. El análisis cuantitativo de las bandas inmunorreactivas de SIRT1 se cuantificó mediante Image J y se normalizó frente a la proteína de control TUB.

Los niveles de SIRT1 se redujeron significativamente 30 días después de la lesión en la corteza de los ratones con TBI en comparación con el control. El tratamiento con Nano-PSO evitó esta reducción ** p < 0,01. El ANOVA unidireccional reveló una elevación significativa en la expresión de SIRT1 en ratones que recibieron el tratamiento después de la lesión. (F (3, 20)=1.084, p=0.002, N=5 LSD de Fisher post hoc).

(B) Los homogeneizados de cerebro de la corteza derecha de los controles tratados y no tratados, así como de ratones post-TBI tratados con TBI y Nano-PSO, se inmunotransfirieron con SYP y TUB detectados a (37 KDa, 50 KDa), respectivamente.

El análisis cuantitativo de las bandas inmunorreactivas de SYP se cuantificó mediante la Imagen J y se normalizó frente a la proteína de control TUB.

El ANOVA unidireccional reveló una elevación significativa en la expresión de SYP en ratones que recibieron el tratamiento post-TBI en comparación con el grupo TBI (F (3,20) ​​= 1.084, p {{6} }.379, LSD de Fisher post hoc * p < 0,5, n=4–5). NS=No significativo. Los valores se presentan como media ± SEM.

Debajo de cada gráfico, se presenta una imagen representativa de los niveles de SIRT1/SYP y la proteína doméstica tubulina (TUB) en la corteza derecha entre todos los grupos.

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