Исследования последних лет показали важную роль астроцитов в обеспечении функционирования нейронных сетей головного мозга. Выполняя исключительную роль в поддержании гомеостаза нейронов, астроциты способны модулировать активность мозга и могут тормозить или ускорять процессы нейродегенерации. Особое значение, в возрастном аспекте, имеет ответ клеток головного мозга на действие гипоксии, одного из основных патогенетических факторов ишемического повреждения головного мозга [1]. В связи с этим исключительную важность представляет исследование возрастных изменений астроцитов.

Изучение возраст-зависимой функциональной реорганизации кальциевой активности астроцитов проводилось на моноастроцитарных культурах головного мозга и первичных диссоциированных культурах гиппокампа с использованием D-галактозной модели старения (D-галактоза добавлялась в культуральную среду с 3 по 14 день культивирования).

Моделирование гипоксии in vitro проводили на 14 DIV путем замены нормоксической культуральной среды на среду с низким содержанием кислорода. Кальциевый имиджинг проводился на 21 DIV. Для визуализирующих исследований функциональной кальциевой активности нервных клеток использовали лазерный сканирующий микроскоп LSM 800 (Zeiss, Германия). Методика позволила визуализировать функциональную архитектуру нейрон-глиальной сети на клеточном уровне. В качестве кальциевого сенсора был использован Oregon Green 488 BAPTA-1 AM (Invitrogen, США).

Показано, что при фармакологическом моделировании старения с использованием D-галактозы изменения основных параметров кальциевой активности в моноастроцитарных кульурах заключаются в снижении числа функционально значимых связей, сформированных клеткой («Контроль» 5,8±0,85; «D-галактоза» 3,27±0,32), однако уровень корреляции кальциевой активности, а также скорость распространения сигнала при этом не изменяется. Моделирование гипоксии приводило к снижению показателей связанности сети как в опытной, так и в контрольной группе.

Исследование реорганизации сетевой активности нейрон-глиальных первичных культур гиппокампа показало, что моделирование ускоренного фармакологического старения приводит к выраженному угнетению кальциевой активности и нарушению связности нейрон-глиальной сети по всем исследуемым параметрам. При моделировании гипоксии в группе с D-галактозой наблюдаются более выраженные деструктивные нейросетевые процессы.

Работа выполнена в рамках проекта создания и развития Научного центра мирового уровня «Центр фотоники» при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, соглашение № 075-15-2022-293.



ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

[1] Charvériat, M., Naus, C.C., Leybaert, L., Sáez, JC & Giaume, C. Коннексин-зависимая нейроглиальная сеть как новая терапевтическая цель. Границы клеточной неврологии. 11 (2017). doi:10.3389/fncel.2017.00174

Recent studies have shown the unique role of astrocytes in the functioning of neural networks in the brain. Astrocytes can model brain activity and slow down or accelerate neurodegeneration processes by performing an exceptional role in maintaining neuronal homeostasis. In the age aspect, the response of brain cells to hypoxia, one of the main pathogenetic factors of ischemic brain damage, is of particular importance [1]. In this regard, the study of age-dependent changes in astrocytes is of exceptional importance.

The study of age-dependent functional reorganization of calcium activity was carried out on primary astrocyte cultures and dissociated hippocampal primary cultures using a D-galactose induced aging model (D-galactose was administered from 3 to 14 days of cultivation). Modeling of hypoxia in vitro was performed on 14 DIV by replacing the culture medium with a low oxygen medium. Visualization of calcium activity was performed on 21 DIV. A laser scanning microscope LSM 800 (Zeiss, Germany) was used for imaging studies of the functional calcium activity of nerve cells. The technique allowed us to visualize the functional architecture of the neuronal network of the culture at the cellular level. Oregon Green 488 BAPTA-1 AM (Invitrogen, USA) was used as a calcium sensor.

It was shown that during the pharmacological modeling of aging using D-galactose, changes in the main parameters of calcium activity of astrocyte cultures are expressed in a decrease in the number of functionally significant connections formed by the cell ("Control" 5.8±0.85; "D-galactose" 3.27±0,32). However, the correlation level of calcium activity, as well as the signal propagation rate, do not change. Modeling of hypoxia led to a decrease in connectivity indicators in both the experimental and control groups.

The study of the reorganization of the network activity of neuron-glial primary hippocampal cultures showed that modeling of accelerated pharmacological aging leads to a pronounced inhibition of calcium activity and disruption of neuron-glial network connectivity. More pronounced destruction of neural network are observed when modeling hypoxia in the group with D-galactose.

This work was supported by the Center of Excellence «Center of Photonics» funded by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation, contract No. 075-15-2022-293

REFERENCES

[1] Charvériat, M., Naus, C. C., Leybaert, L., Sáez, J. C. & Giaume, C. Connexin-Dependent Neuroglial Networking as a New Therapeutic Target. Frontiers in Cellular Neuroscience. 11 (2017). doi:10.3389/fncel.2017.00174