The effect of gene therapy with the APOE3 Gene on structural and functional manifestations of secondary hippocampal damages in experimental traumatic brain injury
- PMID: 26146041
- DOI: 10.17116/neiro201579221-32
The effect of gene therapy with the APOE3 Gene on structural and functional manifestations of secondary hippocampal damages in experimental traumatic brain injury
Abstract
Aim of the study: to study the efficiency of gene therapy following traumatic brain injury (TBI) by evaluating the influences of liposomal transfection of the brain tissue by APOE3-containing plasmid vector on the structural and functional manifestations of development of secondary brain injuries after acute experimental TBI in the rats of different age.
Material and methods: Severe diffuse TBI in rats was inflicted under overall anesthesia by free load weighing 450 g, falling from a 1.5 m elevation. The mixture of DOTAP liposome and 25 μg of plasmid vector pCMV·SPORT6 with cDNA of APOE3 gene was infused intraventricularly using ALZET osmotic pumps. Combined morphological, electron microscopic, immunohistochemical and morphometric studies of СА1 hippocampal region were conducted in rats at days 5 and 10 following TBI and gene therapy after investigation of motor functions (using composite neurological motor score) and cognitive functions in Morris water maze.
Results: Significant changes in the morphofunctional state of hippocampus, as well as in the neurological and cognitive functions were shown on the model of severe TBI in the adult and old Wistar rats. Gene therapy, specifically cationic-liposome mediated APOE3 gene transfer to the CNS cells by plasmid vector, decreased a TBI-induced death of neurons and improved qualitative composition of neuronal population, normalized neuron-glial relations, decreased gliosis and microglial activation, axonal damage, myelin destruction and lipofuscin accumulation, all these having age-related peculiarities. After gene therapy observed in the animal brain was a lower intensity of the processes of apoptosis and a decrease of its rate in old animals. The above changes were accompanied with a more fast and expressed regress of neurological and cognitive disturbances typical for TBI. Administration of plasmid vector after TBI resulted in an increase of survival rate of old animals vs. old animals which got no gene therapy.
Conclusion: APOE3 gene therapy has therapeutic potential in the treatment of severe TBI.
Цель - исследовать эффективность генной терапии при черепно-мозговой травме (ЧМТ) путем оценки влияния липосомальной трансфекции ткани головного мозга плазмидным вектором, несущим ген аpоE3 человека, на структурные и функциональные проявления развития вторичных повреждений головного мозга в остром периоде экспериментальной ЧМТ у крыс разного возраста. Материал и методы. Тяжелая ЧМТ наносилась крысам под общей анестезией свободным падением груза массой 450 г с высоты 1,5 м. Внутрижелудочковая инфузия катионных липосом DOTAP, несущих 25 мкг плазмидного вектора pCMV·SPORT6 с комплементарной дезоксирибонуклеиновой кислотой гена аpоE3, выполнялась с помощью осмотических помп ALZET. После исследования двигательных функций (по шкале двигательной дисфункции) и когнитивных функций (в водном лабиринте Мориса) на 5-е и 10-е сутки после ЧМТ и генной терапии проводилось комплексное морфологическое, электронно-микроскопическое, иммуногистохимическое и морфометрическое исследование поля СА1 гиппокампа. Результаты. На модели тяжелой ЧМТ у взрослых и старых крыс линии Wistar отмечены существенные изменения морфофункционального состояния гиппокампа, а также неврологических и когнитивных функций. Генная терапия, а именно липосомальная трансфекция клеток центральной нервной системы плазмидным вектором, несущим ген аpоE3 человека, положительно влияет на структуру и ультраструктуру гиппокампа - сокращает индуцированную ЧМТ гибель нейронов и улучшает их качественный состав, нормализует нейрон-глиальное взаимодействие, уменьшает глиоз и микроглиальную реакцию, аксональное повреждение, деструкцию миелина и накопление липофусцина, что имеет определенные возрастные особенности. После генной терапии в головном мозге животных наблюдалось уменьшение интенсивности процессов апоптоза (в большей степени присущее взрослым крысам). Все это сопровождается более быстрым и выраженным регрессом неврологических и когнитивных расстройств, характерных для ЧМТ. При введении плазмидного вектора после ЧМТ значительно повышалась выживаемость старых крыс по сравнению с животными того же возраста, не получавшими генной терапии. Выводы. Генная терапия с использованием гена аpоE3 обладает терапевтическим потенциалом в лечении тяжелой ЧМТ.
Publication types
MeSH terms
Substances
LinkOut - more resources
Full Text Sources
Medical
Research Materials
