Αξιολόγηση της επίδρασης μεταλλοϊόντων στο νευρικό σύστημα των θηλαστικών. Ex vivo και in vitro μελέτη.
Creators: name: Τσαβέ, Ολγα Κωνσταντίνου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2015
Subjects: μεταλλοϊόντα
νευρικό σύστημα
νευροτοξικότητα - νευροπροστασία
metal ions
nervous system
neurotoxicity - neuroprotection

description: Το κεντρικό νευρικό (ΚΝΣ) και περιφερικό νευρικό (ΠΝΣ) σύστημα είναι ιδιαίτερα ευάλωτοι ιστοί καθώς είναι εύκολα προσβάσιμοι σε μια πληθώρα καταπονητικών παραγόντων. Τα διάφορα μεταλλοϊόντα, ενδογενή ή μη, μπορεί να είναι τοξικά για το νευρικό σύστημα όταν αυξάνει η συγκέντρωσή τους ή διαταράσσεται η ομοιόστασή τους. Για την αξιολόγηση της επίδρασης διαφόρων μεταλλοϊόντων (κοβάλτιο, δημήτριο, αργίλιο, χρώμιο, χαλκός καθώς και αντικαρκινικά φάρμακα με βάση την πλατίνα) χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο του απομονωμένου ισχιακού νεύρου των θηλαστικών. Το μοντέλο βασίζεται στον συσχετισμό της βιωσιμότητας με την γένεση δυναμικών δράσης από της διεγερμένες νευρικές ίνες. Η αξιολόγηση της βιωσιμότητας πραγματοποιείται μέσω της παραγωγής του Σύνθετου Δυναμικού Ενέργειας (ΣΔΕ). Κύριο πλεονέκτημα της μεθόδου αυτής είναι η μακροχρόνια καταγραφή σταθερού ΣΔΕ για περισσότερο από 20 ώρες. Προκειμένου οι ίνες να έρθουν σε άμεση επαφή με τις υπο μελέτη ενώσεις, το επινεύριο αφαιρείται. Η καταγραφή του βιοηλεκτρικού σήματος πραγματοποιείται με χρήση κατάλληλα διαμορφωμένου τρίχωρου θαλάμου (καταγραφή, επώαση, διέγερση). H in vitro αξιολόγηση της δράσης των μεταλλοϊόντων, πραγματοποιείται σε πρωτογενείς καλλιέργειες ιπποκαμπιαίου ιστού. Η αρχική αξιολόγηση της ενδεχόμενης τοξικής δράσης των υπό μελέτη ενώσεων έγινε σε υψηλές συγκεντρώσεις (500μΜ). Από τα αποτελέσματα προκύπτει ότι ο Fe(III) και το Al(III) δεν είναι τοξικά καθώς το ΣΔΕ ενέργειας δεν επηρεάζεται καθ όλη την διάρκεια του πειράματος. Επιπλέον, το Co(II) και το Ce(III) φαίνεται να μην επηρεάζουν ιδιαίτερα την βιωσιμότητα των νευρικών ινών. Αντίθετα, ο Cu(II) και το Cr(VI) μειώνουν σημαντικά την βιωσιμότητα των νευρικών ινών με δοσο-εξαρτώμενο τρόπο. Η παρατήρηση αυτή αποδίδεται στη παραγωγή ROS καθώς και τα δύο αυτά μέταλλα είναι οξειδωαναγωγικά ενεργά. Η παραγωγή ROS επιβεβαιώθηκε και με χρήση του φθοριοχρώματος DCFDA και χρήση μικροσκοπίας φθορισμού. Επιπρόσθετα αξιολογήθηκε η ενδεχόμενη νευροπροστατευτική δράση των ενώσεων Ν-ακετυλ-κυστεϊνη και του χηλικοποιητικού μορίου EDTA. Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν σαφή νευροπροστατευτική δράση του EDTA ενώ η NAC δεν έχει καμία επίδραση στην προκαλούμενη από τον χαλκό τοξικότητα. Τα ίδια αποτελέσματα προκύπτουν και παό την in vitro αξιολόγηση. Τέλος, τα αντικαρκινικά οξαλιπλατίνα και cis-πλατίνη φαίνεται να επηράζουν τα τασεοελεγχόμενα κανάλια καλίου καθώς εμφανίζονται δευτερογενείς επαναπολωτικές φάσεις.
description: It is generally accepted that both the central (CNS) and peripheral nervous systems (PNS) are vulnerable and easily accessible to numerous stress factors. Metal ions, whether essential or non-essential, may display toxic effects when emerging in excess or their homeostasis is disturbed. In an attempt to examine the neurotoxic effect(s) of several metal ion compounds (cobalt, cerium, aluminum, chromium, copper and platinum-based anticancer drugs), the rat-isolated sciatic nerve preparation was employed in the framework of a systematic ex vivo study. The methodology used in the investigation targeted potential correlations between viability and action potential generation of excitable nerve fibers. The viability of the employed nerve fibers in the recording chamber was monitored through the evoked compound action potential (CAP) using standard electrophysiological methods. The main advantage of the method is that under normal recording conditions CAP remains constant for more than 20 hours. To achieve immediate contact of the fibers with the specific form of soluble metal compounds, the epineurium was removed. Recording bioelectric response signals were effected through employment of a three chamber fully compartmentalized (stimulation, incubation, recording) bath. For in vitro assessment of the effect(s) of several selected compounds, primary hippocampal cell cultures were employed. In order to assess potential neurotoxic effects of the metal compounds tested, both the nerve fibers and hippocampal cells were incubated with each compound at several concentrations. Initially, potential neurotoxic effects were screened at a final concentration of 500 μΜ. The employed Fe(III) and Al(III) complex forms were found to be non-toxic since the CAP amplitude was not affected through the entire experimental period. In addition, Co(II) and Ce(III) species exhibited no remarkable toxicity. In contrast, Cu(II) and Cr(VI) species showed significant reduction in the CAP amplitude. Consequently, Cu(II) and Cr(VI) species were investigated at lower concentrations, thus projecting a concentration-dependent neurotoxic effect. The latter effect of Cu(II) and Cr(VI) is due to emerging ROS in view of the fact that both metals are redox active. ROS generation was also confirmed through DCFDA staining using fluorescence microscopy. Moreover, a second set of experiments was conducted in an effort to assess the neuroprotective effect against copper-induced neurotoxicity of known antioxidant and chelating agents. To this end, N-acetyl-cysteine (NAC) is linked to ROS reduction. EDTA, on the other hand, has a high affinity for metal ion binding. The collective results indicate no effect and in certain cases an additive effect for NAC in copper-induced toxicity, given that Cu(II) reactivity with thiols is associated with hydrogen peroxide production which in turn affects cell viability. The same set of experiments was also run with primary hippocampal cultures, projecting similar results. Finally, both oxaliplatin and cis-platin compounds, both widely used anticancer drugs, affected voltage gated potassium channels (VGKCs), exhibiting significant action in the CAP waveform, with the appearance of secondary depolarizations.