Локальная продукция нейротрофических факторов при воздействии фрактальной стимуляционной фототерапии на сетчатку кроликов

DOI: https://doi.org/10.29296/24999490-2023-05-08

Н.В. Балацкая, Д.В. Фадеев, М.В. Зуева, Н.В. Нероева
ФГБУ «НМИЦ глазных болезней им. Гельмгольца» Минздрава России,
Российская Федерация, 105062, Москва, ул. Садовая-Черногрязская, 14/19

Введение. В последнее время обсуждается новый подход к зрительной реабилитации, основанный на применении оптических сигналов сложной структуры, имеющих фрактальную динамику. Однако молекулярные механизмы воздействия фрактальной фототерапии (ФФ) не изучались. Цель исследования: изучение воздействия низкоинтенсивной фрактальной оптической стимуляции на внутриглазную продукцию нейротрофических цитокинов в эксперименте in vivo. Материал и методы. Материалом исследования служило стекловидное тело (СТ), выделенное из энуклеированных глаз 17 здоровых кроликов породы Советская шиншила. В зависимости от длительности курсов ФФ, 14 животных были распределены на 5 групп. Группу контроля составили 3 кролика (6 глаз). В работе использовали оригинальный прибор для проведения ФФ у лабораторных животных с двумя излучателями. Сеансы фотостимуляции проводились ежедневно. Продолжительность каждого сеанса ФФ составляла 20 мин. Длительность курсов ФФ для разных кроликов составляла от 7 до 180 дней. Методом иммуноферментного анализа в пробах стекловидного тела определяли концентрации 5 медиаторов: нейротрофического фактора головного мозга (BDNF), цилиарного нейротрофического фактора (CNTF), интерлейкина (IL)-6, IL-1β и пигментный эпителий зависимого фактора (PEDF). Учет результатов выполняли на мультифункциональном фотометре Cytation 5. Результаты. В 100% тест-проб СТ основных и контрольной групп животных обнаружены BDNF и PEDF. IL-1β, CNTF во всех образцах биоматериала отсутствовали. Только в одном случае в материале опытного глаза на поздних сроках ФФ в незначительной концентрации был выявлен IL-6. В данной работе впервые исследовалась динамика внутриглазной продукции нейротрофических факторов при воздействии фрактальной фотостимуляции. Индивидуальный анализ продемонстрировал разнонаправленные изменения концентрации PEDF (относительно таковой в норме) на ранних сроках проведения ФФ, а именно, повышение интраокулярного содержания данного цитокина наблюдалось примерно в 17% опытных глаз после 7 сеанса, в то время как показатель BDNF находился в диапазоне нормальных значений. Заключение. Впервые исследована локальных продукция нейротрофических факторов в интактных глазах. Изучены особенности динамики нейротрофических факторов в зависимости от длительности ФФ. Показано, что ФФ обладает стимулирующей активностью (с накопительным эффектом) в отношении локальной продукции BDNF. Полученные данные представляются важными для развития метода ФФ и его трансляции в клинику для зрительной реабилитации больных с нейродегенеративными заболеваниями сетчатки и указывают на необходимость дальнейших исследований молекулярных механизмов, реализующих биологические эффекты ФФ.
Ключевые слова: 
BDNF, CNTF, IL-1β, IL-6, PEDF, фрактальная фототерапия, зрительная реабилитация
Для цитирования: 
Балацкая Н.В., Фадеев Д.В., Зуева М.В., Нероева Н.В. Локальная продукция нейротрофических факторов при воздействии фрактальной стимуляционной фототерапии на сетчатку кроликов. Молекулярная медицина, 2023; (5): 52-58https://doi.org/10.29296/24999490-2023-05-08
Список литературы: 
  1. Нероев В.В., Нероева Н.В., Зуева М.В., Катаргина Л.А., Цапенко И.В., Илюхин П.А., Лосанова О.А., Кармокова А.Г., Рогов С.В. Электроретинографические признаки ремоделирования сетчатки после индукции атрофии ретинального пигментного эпителия в эксперименте. Вестник офтальмологии. 2021; 137 (4): 24–30. DOI: 10.17116/oftalma202113704124
  2. [Neroev V.V., Neroeva N.V., Zueva M.V., Katargina L.A., Tsapenko I.V., Ilyukhin P.A., Losanova O.A., Karmokova A.G., Rogov S.V. Electroretinographic signs of remodeling retina after induction of atrophy of the retinal pigment epithelium in the experiment. The Russian Annals of Ophthalmology. Vestnik Oftalmologii. 2021; 137 (4): 24–30 (in Russian)] DOI: 10.17116/oftalma202113704124
  3. Cuenca N., Fernández-Sánchez L., Campello L., Maneu V., De la Villa P., Lax P., Pinilla I. Cellular responses following retinal injuries and therapeutic approaches for neurodegenerative diseases. Prog Retin Eye Res. 2014; 43: 17–75. DOI: 10.1016/j.preteyeres.2014.07.001.
  4. Serruyaa M.D., Kahana M.J. Techniques and devices to restore cognition. Behav Brain Res. 2008; 192 (2): 149. DOI: 10.1016/j.bbr.2008.04.007
  5. Sabel B.A., Flammer J., Merabet L.B. Residual vision activation and the brain-eye-vascular triad: dysregulation, plasticity and restoration in low vision and blindness – a review. Restor Neurol Neurosci. 2018; 36: 767–91. DOI: 10.3233/RNN-180880.
  6. Gidday J.M. Adaptive plasticity in the retina: Protection against acute injury and neurodegenerative disease by conditioning stimuli. Cond Med. 2018; 1 (2): 85–97.
  7. Zueva M.V. Fractality of sensations and the brain health: the theory linking neurodegenerative disorder with distortion of spatial and temporal scale-invariance and fractal complexity of the visible world. Front Aging Neurosci. 2015; 7: 135. DOI: 10.3389/fnagi.2015.00135
  8. Зуева М.В., Каранкевич А.И., стимулятор сложноструктурированными оптическими сигналами и способ его использования, номер патента: RU 2 680 185 C1, Бюл. № 5 от 18.02.2019.
  9. [Zueva M.V., Karankevich A.I., Stimulator with complex-structured optical signals and method for operation thereof, patent number: RU 2 680 185 C1, Bull. № 5, 18.02.2019 (in Russian)]
  10. Goldberger A.L., Amaral L.A.N., Hausdorff J.M., Ivanov P.Ch., Peng C.-K., Stanley H.E. Fractal dynamics in physiology: Alterations with disease and aging. Proc. Nat. Acad. Sci. 2002; 99 (1): 2466–72. DOI: 10.1073/pnas.012579499.
  11. Зуева М.В., Ковалевская М.А., Донкарева О.В., Каранкевич А.И., Цапенко И.В., Таранов А.А., Антонян В.Б. Фрактальная фототерапия в нейропротекции глаукомы. Офтальмология. 2019; 16 (3): 317–28. DOI: 10.18008/1816-5095-2019-3-317-328
  12. [Zueva M.V., Kovalevskaya M.A., Donkareva O.V., Karankevich A.I., Tsapenko I.V., Taranov A.A., Antonyan V.B. Fractal phototherapy in the neuroprotection of glaucoma. Ophthalmology. 2019; 16 (3): 317–28 (in Russian)]
  13. Zueva M., Spiridonov I., Semenova N., Tsapenko I., Maglakelidze N., Stadelman J. The LED fractal stimulator and first evidence of its application in electroretinography. Doc. Ophthalmologica. 2017; 135 (1): 35–6.
  14. Huang E.J., Reichardt L.F, Neurotrophins: roles in neuronal development and function. Annu Rev Neurosci. 2001; 24: 677–736. DOI: 10.1146/annurev.neuro.24.1.677.
  15. Vecino E., Heller J.P., Veiga-Crespo P., Martin K.R., Fawcett J.W. Influence of extracellular matrix components on the expression of integrins and regeneration of adult retinal ganglion cells. PLoS One. 2015; 10 (5): e0125250. DOI: 10.1371/journal.pone.0125250.
  16. Muste J.C, Russell M.W., Singh R.P. Photobiomodulation Therapy for Age-Related Macular Degeneration and Diabetic Retinopathy: A Review, 2021; 15: 3709–20.
  17. Mishra I.R. Knerr M., Stewart1 A.A., Payette W.I., Richter M.M., Ashley Light N.T. at night disrupts diel patterns of cytokine gene expression and endocrine profiles in zebra finch (Taeniopygia guttata), Sci Rep. 2019; 9 (1): 15833. DOI: 10.1038/s41598-019-51791-9
  18. Alcalá-Barraza S.R., Lee M.S., Hanson L.R., McDonald A.A., Frey W.H. 2nd, McLoon L.K. Intranasal delivery of neurotrophic factors BDNF, CNTF, EPO, and NT-4 to the CNS. J. Drug Target. 2010; 18 (3): 179–90. DOI: 10.3109/10611860903318134.
  19. Porciatti V., Ventura L.M. Retinal Ganglion Cell Functional Plasticity and Optic Neuropathy: A Comprehensive Model. J. Neuroophthalmol. 2012; 32 (4): 354–8. DOI: 10.1097/WNO.0b013e3182745600
  20. ARVO Statement for the Use of Animals in Ophthalmic and Visual Research, http://www.arvo.org/about_arvo/policies/statement_for_the_use_of_animals_in_ophthalmic_and_visual_research/, Accessed 2016
  21. Ma Y.T., Hsieh T., Forbes M.E., Johnson J.E., Frost D.O. BDNF injected into the superior colliculus reduces developmental retinal ganglion cell death. J. Neurosci. 1998; 18: 2097–107. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.18-06-02097.1998
  22. Binley K.E., Ng W.S., Barde Y.A., Song B., Morgan J.E. Brain-derived neurotrophic factor prevents dendritic retraction of adult mouse retinal ganglion cells. Eur. J. Neurosci. 2016; 44 (3): 2028–39. DOI: 10.1111/ejn.13295
  23. Harada C., Azuchi Y., Noro T., Guo X., Kimura A., Namekata K., Harada T. TrkB signaling in retinal glia stimulates neuroprotection after optic nerve injury. Am. J. Pathol. 2015; 185 (12): 3238–47. DOI: 10.1016/j.ajpath.2015.08.005
  24. Mui A.M., Yang V., Aung M.H., Fu J., Adekunle A.N., Prall B.C., Sidhu C.S., Park H., Boatright J.H., Iuvone P.M., Pardue M.T., Daily visual stimulation in the critical period enhances multiple aspects of vision through BDNF-mediated pathways in the mouse retina. PLoS ONE 2018; 13 (2): e0192435. DOI: 10.1371/journal.pone.0192435
  25. Barnstable C.J., Tombran-Tink J. Neuroprotective and antiangiogenic actions of PEDF in the eye: molecular targets and therapeutic potential. Prog Retin Eye Res. 2004; 23: 561–77.
  26. Tombran-Tink J., Chader G.G., Johnson L.V. PEDF: a pigment epithelium-derived factor with potent neuronal differentiative activity". Experimental Eye Research. 53 (3): 411–4. DOI: 10.1016/0014-4835(91)90248-D
  27. He J., Neumann D., Kakazu A., Pham T.L, Musarrat F., Cortina M.S., Bazan H.E.P. PEDF plus DHA modulate inflammation and stimulate nerve regeneration after HSV-1 infection. Exp Eye Res. 2017; 161: 153–62. DOI: 10.1016/j.exer.2017.06.015