Mildronatul îmbunătățește cunoașterea și reduce patologia β-amiloidă la șoarecii transgenici cu boală Alzheimer
Ulrika Beitnere
1 Departamentul de farmacologie, Facultatea de Medicină, Universitatea din Letonia, Riga, Letonia
Thomas van Groen
2 Departamentul de biologie celulară, de dezvoltare și integrativă, Universitatea din Alabama la Birmingham, Birmingham, Alabama
Ashish Kumar
2 Departamentul de biologie celulară, de dezvoltare și integrativă, Universitatea din Alabama la Birmingham, Birmingham, Alabama
Baiba Jansone
1 Departamentul de farmacologie, Facultatea de Medicină, Universitatea din Letonia, Riga, Letonia
Vija Klusa
1 Departamentul de farmacologie, Facultatea de Medicină, Universitatea din Letonia, Riga, Letonia
Inga Kadish
2 Departamentul de biologie celulară, de dezvoltare și integrativă, Universitatea din Alabama la Birmingham, Birmingham, Alabama
Abstract
S-a demonstrat anterior că Mildronatul, un medicament congener de carnitină, oferă neuroprotecție într-un model de șoarece de neurotoxicitate indus de azidotimidină și într-un model de șobolan în boala Parkinson. Scopul acestui studiu a fost de a investiga efectele tratamentului cu mildronat asupra cogniției și patologiei la șoarecii model de boală Alzheimer (AD) (APPSweDI). Mildronatul a fost administrat i.p. zilnic la 50 sau 100 mg/kg timp de 28 de zile. La sfârșitul tratamentului, animalele au fost testate comportamental și cognitiv, iar creierele au fost evaluate pentru patologia asociată cu AD, inflamația, markerii sinaptici și acetilcolinele-terase (AChE). Datele arată că tratamentul cu mildronat a îmbunătățit semnificativ performanța animalelor în labirintul de apă și testele de recunoaștere socială, a redus depunerea amiloid-β în hipocamp, a crescut expresia markerului microgliei Iba-1 și a scăzut colorarea AChE, deși nu a modificat expresia proteinelor implicat în plasticitatea sinaptică (GAP-43, sinaptofizină și GAD67). Luate împreună, aceste descoperiri indică capacitatea mildronatului de a îmbunătăți cunoașterea și de a reduce patologia β-amiloidă la un model de șoarece de AD și posibila sa utilitate terapeutică ca medicament care modifică boala la pacienții cu AD.
Boala Alzheimer (AD) este asociată cu declinul cognitiv, ducând la afectarea funcțională și pierderea independenței. S-a recunoscut pe scară largă că AD reprezintă o provocare pentru societate și pentru furnizorii de servicii medicale (Wimo și colab., 2011). Prin urmare, nevoia de a dezvolta terapii eficiente pentru a trata și/sau a întârzia apariția acestei boli rămâne urgentă.
Cele două caracteristici patologice ale creierelor AD sunt acumularea extracelulară a peptidei amiloide-β (Aβ) în plăcile neuritice și încurcăturile neurofibrilare intracelulare compuse din proteină tau hiperfosforilată (Karran și colab., 2011). Mai mult, se observă o reducere a numărului de neuroni, în special în hipocamp și cortex entorhinal (Lippa și colab., 1992; West și colab., 1994) și sinapse (Terry și colab., 1991), cu modificări neurochimice care afectează colinergic. căi (Craig și colab., 2011). În plus, procesele inflamatorii și disfuncția mitocondrială pot juca un rol important în progresia bolii (Ballard și colab., 2011).
Medicamentele existente pentru Alzheimer oferă în prezent unele beneficii simptomatice timp de până la 12 luni, dar încă nu sunt disponibile tratamente care să modifice boala (Corbett și colab., 2012). Recent, eșecurile a numeroase terapii noi de modificare a bolii în studiile clinice indică faptul că o strategie complementară bazată pe repoziționarea medicamentelor care sunt aprobate pentru alte indicații ar putea fi mai promițătoare. Repoziționarea medicamentului este aplicarea compușilor medicamentoși consacrați la noi indicații terapeutice și a stat la baza terapiilor de succes (Hubsher și colab., 2012), în special cu înregistrarea lor de siguranță stabilită, care este un avantaj esențial față de compușii noi (Ashburn și Thor, 2004).
Prezentul studiu a investigat pentru prima dată efectul mildronatului la șoarecii AD transgenici APPSweDI. Acești șoareci exprimă proteina precursor amiloid uman (APP) cu mutații suedeze, olandeze și Iowa pe un fundal C57BL/6. Acest model de șoarece dezvoltă acumularea timpurie și o acumulare robustă de Aβ în creier cu o asociere ridicată cu microvasele cerebrale și dezvoltă, de asemenea, deficite cognitive timpurii (Davis și colab., 2004). Am testat șoarecii în diferite sarcini comportamentale (câmp deschis, zero labirint) și cognitive (recunoaștere socială și labirint de apă). Mai mult, patologia AD a fost evaluată în hipocampus imunohistochimic și prin Western blot. Patologia AD a fost evaluată pentru Aβ, GFAP, Iba-1, glutamat decarboxilaza 67 (GAD67), proteina asociată creșterii 43 (GAP-43), sinaptofizină și acetilcoline-terasă (AChE). Tratamentul de 28 de zile cu mildronat a îmbunătățit semnificativ performanța cognitivă în labirintul de apă și sarcinile de recunoaștere socială și a scăzut patologia Aβ și expresia AChE.
MATERIALE ȘI METODE
Animale
Șoarecii Tg APPSweDI originali au fost obținuți de la Dr. Van Nostrand (SUNY Stony Brook, Stony Brook, NY) și sunt întreținute local într-o colonie. Pentru acest studiu, am folosit trei grupuri de șoareci femele în vârstă de 4 luni (n = 36). Animalele au fost adăpostite cu fibre pe cușcă într-un mediu controlat de la Universitatea Alabama la Birmingham Animal Care Facility (temperatura 22 ° C, umiditate 50-60%, cu un ciclu de lumină/întuneric de 12 ore); hrana și apa erau disponibile ad libitum. S-au făcut toate eforturile pentru a reduce la minimum suferința animalelor și pentru a reduce numărul animalelor utilizate. Experimentele au fost efectuate în conformitate cu ghidurile Comitetului instituțional instituțional de îngrijire și utilizare a animalelor (IACUC).
Produse chimice
Mildronatul [3- (2,2,2-trimetilhidraziniu) propionat dihidrat] a fost obținut de la Societatea pe acțiuni „Grindex” (Riga, Letonia), dizolvat în soluție salină și preparat sub formă de soluție stoc 1%.
Proiectare experimentală
Șoarecii au fost randomizați la unul dintre cele trei grupuri experimentale cu greutate (n = 12/grup); greutatea medie a fost de 21 ± 2 g; iar mildronatul la doze de 50 mg/kg (grup M50) sau 100 mg/kg (grup M100) sau martor (ser fiziologic) a fost administrat intraperitoneal (i.p.) în fiecare zi timp de 28 de zile. La două săptămâni după începerea tratamentului, animalele au fost testate în două sarcini comportamentale, adică testul în câmp deschis și labirint zero. În săptămâna următoare au fost testați în testele de recunoaștere socială și labirint de apă. La sfârșitul testării comportamentale, adică la 4 săptămâni după începerea tratamentului, animalele au fost sacrificate pentru analize histopatologice și biochimice.
Șoarecii au fost profund anesteziați și sacrificați printr-o perfuzie transcardică cu soluție salină rece. Creierele au fost îndepărtate imediat după decapitare și tăiate în jumătate în plan sagital. Emisfera stângă a fost disecată în patru bucăți (cortexul rostral, cortexul caudal, hipocampul și trunchiul central/creierului) și stocată la -80 ° C pentru analiza Western blot (WB). Emisfera dreaptă a fost fixată prin imersiune în paraformaldehidă 4% timp de 24 de ore, crioprotejată în zaharoză 30% în tampon fosfat 0,1 M pentru încă 24 de ore și depozitată în soluție antigel la -20 ° C până la momentul secționării.
Evaluarea comportamentală și cognitivă
Pe scurt, testul de câmp deschis și labirint zero au fost utilizate pentru a evalua locomoția, activitatea exploratorie și anxietatea. Recunoașterea socială și testul labirintului de apă au fost folosite pentru a măsura abilitățile cognitive ale animalelor. Animalele au fost puse în arenă și observate cu un sistem de urmărire condus de cameră, adică Ethovision (Noldus, Olanda). Labirintul în câmp deschis este o arenă de 42 x 42 cm pătrat, cu laturi transparente din plexiglas (20 cm înălțime). Arena este împărțită în două zone, zona centrală deschisă și partea laterală de perete. Acest test măsoară activitatea și anxietatea, adică timpul petrecut în centrul „deschis” vs. partea „sigură”. Labirintul zero constă dintr-un labirint circular (70 cm diametru) care este ridicat cu 40 cm deasupra mesei și împărțit în patru părți egale. Două părți au laturi înalte de 15 cm din material netransparent și două părți au doar un perete înalt de 0,5 cm, adică două zone deschise și două zone închise. Testul măsoară anxietatea la animal; adică cât timp petrece animalul în aer liber vs. zonele închise, „sigure”?