Fare kafa travması modelinde papaverinin nöroinflamasyon ve serum S100B üzerine etkilerinin incelenmesi
An investigation on the effects of papaverine on neuroinflammation and serum S100B levels in A mouse model for head trauma
Yazar: EMRE SAĞLAM
Danışman: PROF. DR. BURÇAK BİLGİNER
Hacettepe Üniversitesi / Tıp Fakültesi / Nöroşirürji Ana Bilim Dalı
Derece: Tıpta Uzmanlık, 2019
Konu: Nöroşirürji = Neurosurgery
Dizin: Fareler = Mice ; Hayvan deneyleri = Animal experimentation ; Kafa yaralanmaları = Head injuries ; Papaver = Papaver ; S100 proteinleri = S100 Proteins ; Yaralar ve yaralanmalar = Wounds and injuries ; İnflamasyon = Inflammation

Özet:
Giriş ve amaç: Travmatik beyin hasarı tüm dünyada yaygındır ve ölüm, kalıcı veya geçici
sakatlıklara sebep olmaktadır. TBH mekanizmalarından birincisi travma esnasında ortaya çıkan
primer hasardır. Sekonder beyin hasarı genellikle travmayı takip eden saatler veya günler
boyunca süren hücresel ve moleküler hasarla ilgilidir. Sekonder hasar mekanizmaları olarak
nörotransmitter aracılı eksitotoksisite, elektrolit dengesizliği, mitokondriyal disfonksiyon,
nöroinflamasyon, apoptoz, vazospazm, fokal mikrovasküler tıkanıklık araştırılmaktadır. Yeni
çalışmalarda papaverinin RAGE reseptör inhibisyonu ve apoptoz yolaklarından Nf-KB yolak
inhibisyonu ile mikroglial aktivasyonu baskıladığı gösterilmiştir. Bu sayede papaverinin
travmada sekonder hasar sonucu oluşan apoptoz ve nöroinflamasyon üzerine etkili bir ajan
olabileceği düşünülmüştür. S100B RAGE reseptörü üzerinden mikromolar düzeylerde nöron,
astrosit ve mikrogliada apoptoz ve inflamasyonu uyarır ve prognostiktir. Bu çalışmada, fare
kafa travması modelinde intraperitoneal papaverin uygulamasının travmanın 24.
saatinde nöroinflamasyon ve nöroproteksiyon üzerindeki etkilerinin incelenmesi, davranış
testleri ile post travmatik anksiyete ve depresyona etkilerinin değerlendirilmesi ve gruplar arası
serum S100B seviyelerinin incelenmesi amaçlanmıştır.
Gereç ve Yöntem: Çalışmada her grupta 7 adet (n=7) olacak şekilde toplam 28 adet erkek
Swiss albino fare kullanılmıştır. Gruplar Sham grubu, travma grubu, travma ve papaverin
uygulanan grup ve sadece papaverin uygulanan grup olmak üzere 4 gruba ayrılmıştır. Farelere
izofluran anestezisi altında 9 cm yükseklikten 80 gr serbest ağırlık düşürülerek kafa travması
modeli oluşturulmuştur. Travmadan yarım saat sonra kontrol grubuna intraperitoneal serum
fizyolojik, deney gruplarına ise 40 mg/kg papaverin intraperitoneal olarak uygulanmıştır. Tüm
grupların sakrifikasyon öncesi davranış deneyleri yapılmış. 24. saatin sonunda fareler sakrifiye
edilerek beyin dokularındaki histopatolojik ve immunhistokimyasal bulgular ve serum 100b
düzeyleri gruplar arası karşılaştırılmıştır.
Bulgular: Travma grubunda sham grubuna göre RAGE işaretli hücre sayısı artmıştır (p:
<0,0001). Ancak bu artış nöronlarda glia hücrelerine göre daha anlamlıdır (p<0,0001 –
p:0,0019). Aynı zamanda NF-κB işaretli total hücre sayısı travma grubunda sham grubuna göre
artmıştır (p< 0,0001). Ancak bu artış nöronlarda glia hücrelerine göre daha anlamlıdır
(p<0,0001 – p: 0,0002). Travma sonrası papaverin verilen grupta travma grubuna göre RAGE
+ boyanan total hücre sayısı azalmıştır ( p=0, 0016). Ancak papaverinin travma sonrası RAGE
inhibitor etkisini esas olarak nöronlar üzerinde gerçekleştirdiği saptanmıştır (p: 0,018). Aynı
zamanda travma sonrası papaverin verilen grupta NfKB immunoreaktivitesinde belirgin azalma
tespit edilmiştir (P=0006). Bu azalış boyanan glia hücrelerinde, nöron hücre boyanmasına göre
daha anlamlı bulunmuştur (p=0,0003 / p= 0,002). Travma sonrası P2RY12 ile işaretli mikroglia
sayısı artmış, papaverin verilemesiyle sham grubu seviyelerine kadar azalmıştır (p< 0,0001).
Travma sonrası papaverin uygulanan grupta NeuN işaretli hücre sayısı travma grubuna göre
artmıştır ( p< 0,0001). Sadece papaverin verilen grupta nöronda NF-kB' sham grubuna göre
artmıştır ( p<0,0001 ). Yine sadece papaverin verilen grupta serum S100B düzeyleri azalmıştır
( p<0,002). Travma grubunda sham grubuna göre lokomotor aktivite azalmıştır (p= 0,005).
Travma uygulanan farelere papaverin verilmesinin travma grubuna göre lokomotor aktivite
artışına yol açtığı gözlenmiştir (p=0,068). Papaverin histopatolojik olarak travma sonrası ödemi
belirgin olarak azaltmıştır. Ayrıca nörodejeneratif görünümdeki hücre sayısını da travma
grubuna göre azaltmıştır.
Sonuç: Sonuç olarak orta şiddette kafa travmasına bağlı nöroinflamasyonda RAGE- NF-kB
yolak aktivasyonu immunhistokimyasal olarak gösterilmiştir. Papaverin bu yolak üzerinden
etki ederek nöroinflamasyonu baskılamıştır. Ancak bu inhibisyon özellikle nöronlar üzerinedir.
Papaverin belirgin mikroglia inhibisyonuna sebep olmuştur. Diğer taraftan papaverinin
lokomotor aktiviteyi arttıcı özellikte olduğu düşünülmüştür. Aynı zamanda serum S100B
düzeylerini düşürerek de nöroproteksiyona katkıda bulunmaktadır.

 Anahtar Kelimeler: Travmatik beyin hasarı, papaverin, S100b, nöroinflamasyon

Abstract:
Introduction and purpose: Traumatic brain injury is a common problem in today's world and
highly associated with death and permanent or temporary disability. There are two mechanisms
at play in traumatic brain injury; first one is primary damage that is caused by direct impact.
On the other hand secondary brain injury is usually associated with cellular and molecular
damage from the onset of trauma to hours or days that follow. Neurotransmitter mediated
excitotoxicity, electrolyte imbalance, mitochondrial dysfunction, inflammatory response,
apoptosis, vasospasm, focal microvascular occlusion, ischemia resulting from vascular injury
are investigated as secondary damage mechanisms. Papaverine is clinically used for its
vasodilator effects due to phosphodiesterase inhibition. In neurosurgical practice, it is
particularly used in vasospasm associated cerebral and peripheral tissue ischemia after
subarachnoid hemorrhage. Papaverine is shown to suppress microglial activation through
RAGE receptor and Nf-KB pathway inhibition, both of which are functionaries to apoptosis. It
also stimulates apoptosis and inflammation in neuron, astrocytes and microglia at micromolar
levels by the S100b RAGE receptor pathway. The aim of this study was to investigate the
effects of intraperitoneal papaverine administration on neuroinflammation and neuroprotection
at 24 hours of trauma in a mouse head injury model, to evaluate the effects of post-traumatic
anxiety and depression on behavioral tests and to investigate the difference in serum S100b
levels between groups.
Materials and Methods: A total of 28 male Swiss albino mice were used in each group. The
subjects were divided into 4 groups as Sham, trauma, trauma and papaverine and papaverine
only. Head trauma model was created by dropping 80 g of free weight from a 9 cm height under
isoflurane anesthesia. Intraperitoneal saline was administered to the control group half an hour
after the trauma and 40 mg / kg papaverine was administered intraperitoneally to the
experimental groups. Locomotor activity, open field and tail hanging tests, anxiety and
depression status of all groups before sacrification were evaluated. At the end of the 24th hour,
vii
mice were sacrificed then histopathological, immunohistochemical findings and serum 100b
levels were compared between groups.
Results: The number of RAGE-labeled cells increased in trauma group compared to the sham
group (p: <0.0001). However, this increase is significant compared to the glial cells in the
neurons (p <0.0001 - p = 0.0019) on top of that Nf-KB marked total cell count was increased
in trauma group, in comparison to sham group. (P <0.0001). However, this increase is more
significant in neurons than in glia (p <0.0001 - p: 0.0002) . The total number of RAGE + stained
cells were decreased in the post-traumatic papaverine group as to the trauma group. (p = 0,
0016). In contrast, it was found that papaverine achieved its RAGE inhibitory effect on the
neurons mainly after trauma (p=0.018). Likewise, significantly reduced NF-kB
immunoreactivity was detected in the group treated with papaverine after trauma (P= 0006).
This decrease was more significant in stained glia than stained neuron (p = 0.0003 / p = 0.002).
The number of microglia labeled with P2RY12 increased after trauma (p <0.0001) and fell to
sham group levels after papaverine administration. The number of NeuN-labeled cells in the
post-traumatic papaverine group increased compared to the trauma group (p <0.0001). In the
papaverine only group, the NF-kB levels in neurons was increased in comparison to the sham
group. (p <0.0001). Serum S100B levels were decreased in the papaverine group (p <0.002).
Locomotor activity was decreased in trauma group compared to sham group (p = 0.005). the
administration of papaverine to the traumatized mice led to an increase in locomotor activity in
comparison to the trauma group. However, it was not statistically significant (p = 0.068).
Anxiolytic or antidepressant properties of papaverine could not be demonstrated in the
evaluated behavioral tests. Histopatologically papaverine significantly reduced the posttraumatic
edema. In addition, the number of neurodegenerative cells decreased compared to the
trauma group.
Conclusion: As a result, RAGE-NF-k B pathway activation was shown
immunohistochemically in neuroinflammation after moderate head trauma. Papaverine acts on
this pathway and suppresses neuroinflammation. However, this inhibition is particularly on
neurons. Papaverine also caused significant microglia inhibition. In addition, the findings
showed that papaverine had neuroprotective effects. On the other hand, papaverine was thought
to cause increase in locomotor activity. It also contributes to neuroprotection by lowering serum
S100B levels.
Keywords: Traumatic brain injury, papaverine, S100b, neuroinflammation