Исследование терапевтического потенциала интраназально вводимого инсулина у интактных и диабетических крыс при ишемическом поражении головного мозга

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 23-75-01083

НазваниеИсследование терапевтического потенциала интраназально вводимого инсулина у интактных и диабетических крыс при ишемическом поражении головного мозга

Руководитель Зорина Инна Игоревна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук , г Санкт-Петербург

Конкурс №84 - Конкурс 2023 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-101 - Экспериментальная медицина

Ключевые слова инсульт, церебральная ишемия, реперфузия, интраназальный инсулин, сахарный диабет, нейропротекция, нейровоспаление

Код ГРНТИ34.15.41

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Инсульт и сахарный диабет 2 типа (СД2) являются распространенными заболеваниями, поражающими кровеносные сосуды и связанными с другими сосудистыми факторами риска, такими как гипертония и дислипидемия. Для СД2 характерно системное хроническое воспаление, что в комплексе с гипергликемией ухудшает состояние сосудистой системы. СД2 является фактором риска развития инсульта и, как известно, тесно ассоциирован с наиболее неблагоприятными его исходами. Однако, к настоящему моменту не сложилось структурированного подхода к ведению больных СД2 при церебральной ишемии. Единственным подходом является коррекция уровня глюкозы с помощью инъекционного инсулина. Четко не установлены оптимальное последующее лечение пациента и подходы к вторичной профилактике инсульта. Таким образом, имеется острая необходимость в доклиническом моделировании комплекса заболеваний, изучении различных способов их терапии и исследовании механизмов действия лекарственных препаратов. Возможным комплексным подходом является использование препаратов, действующих непосредственно на нервную ткань и оказывающих плейотропное действие, поскольку патогенетические механизмы инсульта сложны и наличие СД2 усугубляет его последствия. Перспективным может быть использование интраназально вводимого инсулина (ИВИ). Сейчас в клинических испытаниях интенсивно изучаются его эффекты при лечении нейродегенеративных заболеваний, депрессии, сахарного диабета, имеются доказательства его эффективности и безопасности. Однако, существует значительный пробел в изучении возможности применения ИВИ при инсульте. Имеющиеся данные о механизмах действия и эффективности ИВИ при ишемии мозга скудны, а при СД2 вовсе отсутствуют, как и клинические исследования. Опираясь на то, что инсулин в мозге способен оказывать выраженное нейропротекторное и нейромодуляторное действие, нормализовать липидный и углеводный метаболизм, стимулировать ангиогенез и уменьшать процессы нейровоспаления, мы полагаем, что применение ИВИ при ишемии мозга, в том числе при СД2, может быть обоснованным и весьма эффективным. Данный проект направлен на сравнительное изучение молекулярных механизмов нейропротекторного действия ИВИ при церебральной ишемии у крыс с СД2 и у интактных животных, а также на поиск эффективных доз и времени введения ИВИ при этих патологиях. Впервые будут исследованы механизмы защитного и противовоспалительного действия ИВИ и его влияние на уровень глюкозы, липидный профиль у ишемизированных крыс. В проекте предусмотрено создание двух патологических состояний: СД2, индуцированного длительной высокожировой диетой и инъекцией низкой дозы стрептозотоцина, и двухсосудистой ишемии переднего мозга с реперфузией в течение 7 суток (ИшР). На первом этапе планируется сравнительное изучение последствий ИшР у интактных крыс и у крыс с СД2. Затем на интактных крысах и крысах с СД2 будут изучены эффекты ИВИ в двух дозах. Далее будет осуществлен поиск оптимального времени введения ИВИ после окончания ишемии у интактных крыс. При выполнении этих задач планируется изучить влияние ИВИ на уровни гликемии, инсулина, на липидный профиль, эффекты ИВИ на экспрессию генов провоспалительных цитокинов, маркеров активированной глии и показателей сосудистой функции. На второй год проекта запланирован сходный по дизайну комплекс исследований на крысах с СД2. Будет произведен поиск оптимального времени ИВИ крысам с СД2 после начала реперфузии и будут описаны механизмы его защитного действия. Планируется комплексно оценить эффективность терапии церебральной ишемии с помощью ИВИ при СД2, сравнить механизмы действия ИВИ при этих патологиях. Полученные результаты положат начало комплексному изучению терапевтического потенциала ИВИ при лечении ишемии головного мозга при СД2, позволят оптимизировать схему его применения, а также изучить некоторые механизмы нейропротекторного действия ИВИ, что может стать основой для его практического использования в клинике для лечения и профилактики инсульта, в том числе у пациентов с СД2 и метаболическим синдромом.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Острое уменьшение церебральной перфузии и связанный с ишемией дефицит энергетических ресурсов индуцируют активацию комплекса компенсаторных механизмов посредством скоординированного взаимодействия нервной, иммунной и эндокринной систем. Ключевое значение в этом принадлежит сигнальным путям, активируемым гуморальными факторами, обладающими функциональными характеристиками нейропротекторов и/или нейромодуляторов. Важным аспектом патофизиологии ишемических состояний является индукция стойких метаболических нарушений в периферических тканях, имеющих системный характер, в том числе в тиреоидной системе. Интраназально вводимый инсулин (ИВИ), который, поступая в мозг, через центральные механизмы регулирует метаболизм, может оказывать не только нейропротекторное и нейромодуляторное воздействие при церебральной ишемии, но и демонстрировать системные положительные эффекты на широкий спектр физиологических и биохимических процессов в организме. В первый год выполнения проекта нами впервые исследовано «терапевтическое окно» для применения ИВИ при двухсосудистой ишемии/реперфузии переднего мозга крыс (ИшР), а также изучены некоторые механизмы его нейропротекторного и системного действия. По нашим данным ИВИ (0.5 МЕ/крыса) более эффективен при его введении в первые 2 ч после начала ИшР с последующим ежедневным введением в течение 7 суток. Введение ИВИ через 4 ч после ИшР не было эффективным, несмотря на последующий недельный курс препарата. Впервые описано стимулирующее влияние более раннего введения ИВИ на состояние тиреоидной системы при ИшР. Установлено, что сахарный диабет 1-го и 2-го типов (СД1 и СД2) является фактором риска развития инсульта и ассоциирован с наиболее неблагоприятными его исходами, что в том числе связано с дефицитом инсулина в ЦНС, который может быть компенсирован с помощью ИВИ. В первый год проекта исследовано воздействие ИВИ в дозах 0.5 МЕ/крыса и 2 МЕ/крыса, вводимых через 2 ч после эпизода ИшР и далее ежедневно крысам с СД2. Второй год проекта включал аналогичный комплекс исследований эффектов более отсроченного введения ИВИ в тех же дозах через 4 ч после ИшР, сочетанной с СД2, что необходимо для оценки «терапевтического окна» ИВИ и механизмов его нейропротекторного действия. Такую же оценку эффективности применения ИВИ мы провели и в модели ИшР у крыс с СД1. Среди системных эффектов ИВИ при обработке СД2-крыс, перенесших ИшР, описано уменьшение потери массы тела ишемических животных, повышение сниженного при ИшР уровня триглицеридов в крови, улучшение толерантности к глюкозе и уменьшение уровня глюкозы к 7 суткам постишемического периода. Использование ИВИ не только улучшало чувствительность тканей к инсулину, ухудшение которой обнаружено нами при ИшР, но и уменьшало рост базового уровня инсулина в крови СД2-крыс на 7-е сутки после ИшР. Как и у недиабетических крыс, описано положительное действие ИВИ при ИшР, сочетанной с СД2, на состояние тиреоидной оси. У ишемических СД2-крыс в крови показано повышение содержания свободного T3 и снижение уровня общего T3, а обработка ИВИ корректировала их уровни. ИВИ оказывает противовоспалительное действие у СД2-крыс, снижая активность воспалительных процессов при ИшР, сопровождающейся увеличением содержания С-реактивного белка и TNF-alpha в крови на 3-и сутки после индукции ИшР. Обнаружено, уменьшение уровня С-реактивного белка при использовании дозы 0.5 МЕ/крыса, вводимого через 2 ч после эпизода ИшР, а также снижение содержания TNF-alpha в дозе 2 МЕ/крыса при такой же схеме введения. Обработка крыс с СД2 с помощью ИВИ в обеих дозах (0.5 МЕ/крыса и 2 МЕ/крыса), вводимые через 2 ч после ИшР и далее ежедневно, повышала количество выживших клеток в СА1-области гиппокампа. Нейропротекторного действия ИВИ, вводимого через 4 ч после эпизода ишемии, мы не обнаружили. Методом ПЦР в реальном времени в гиппокампе обнаружено, что ИВИ в дозе 0.5 МЕ/крыса, вводимый через 2 ч после ИшР, поддерживает экспрессию генов компонентов инсулинового сигналинга. ИВИ, вводимый в обеих дозах, увеличивал экспрессию гена переносчика глюкозы Glut3, оказывая нейротрофическое действие на нейроны гиппокампа. ИВИ в обеих дозах при более раннем введении повышал экспрессию гена антиапоптотического белка Bcl-2, что указывает на его антиапоптотическое действие. ИВИ оказывал также противовоспалительное действие в дозе 0.5 МЕ/крыса при более раннем введении, о чем свидетельствуют снижение экспрессии генов маркера активированной астроглии Gfap и цитокина Il6. Таким образом, ИВИ, вводимый через 2 ч после ИшР с дальнейшим курсовым введением, независимо от дозы, демонстрирует нейропротекцию, улучшает глюкозный метаболизм и снижает воспаление. Индукция ИшР у СД1-крыс привела к сходному патофизиологическому комплексу: показаны потеря массы тела, усиление имеющегося при СД1 гипотиреоза с характерным ростом экспрессии гена дейодиназы 3-типа Dio3 и снижением экспрессии других маркерных генов щитовидной железы, гибель клеток в СА1-области гиппокампа. Обработка ИВИ СД1-крыс в дозе 2 МЕ/крыса, 2 р/сут независимо от времени введения препятствовала потери массы тела. Более раннее введение инсулина после ИшР повышало уровень свободного T3, что сопровождалось снижением экспрессии генов Dio3, тиреопероксидазы Tpo, рецептора тиреотропного гормона Tshr. Показано, что только раннее введение ИВИ предотвращало гибель клеток в СА1-области гиппокампа. Однако, в гиппокампе при исследовании характера экспрессии генов, вовлеченных в процессы нейропротекции и нейровоспаления, мы не обнаружили влияния на них ИВИ, что требует дальнейшего изучения. В итоге, только раннее введение ИВИ в дозе 2 МЕ/крыса через 2 ч после ИшР демонстрирует нейропротективный эффект и модулирует активность тиреоидной системы, снижая дисфункцию щитовидной железы. Полученные данные подтверждают высокий терапевтический потенциал ИВИ для коррекции метаболических и нейродегенеративных нарушений при ИшР, но подчеркивают критическую роль времени начала терапии.

Публикации

1. Зорина И.И., Печальнова А.С., Черненко Е.Е., Деркач К.В., Шпаков А.О. ПОИСК ОПТИМАЛЬНОГО «ТЕРАПЕВТИЧЕСКОГО ОКНА» ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ ИНТРАНАЗАЛЬНО ВВОДИМОГО ИНСУЛИНА ПРИ ЦЕРЕБРАЛЬНОЙ ИШЕМИИ И РЕПЕРФУЗИИ У КРЫС XX Международный междисциплинарный конгресс НЕЙРОНАУКА ДЛЯ МЕДИЦИНЫ И ПСИХОЛОГИИ, 30.05.2024-10.06.2024, Судак, Крым , XX Международный междисциплинарный конгресс НЕЙРОНАУКА ДЛЯ МЕДИЦИНЫ И ПСИХОЛОГИИ, 2024, С. 122-123 (год публикации - 2024)
10.29003/m3897.sudak.ns2024-20/122-123

2. ЗОРИНА И.И., ШПАКОВ А.О. РЕЗИСТЕНТНОСТЬ МОЗГА К ИНСУЛИНУ ПРИ НЕВРОЛОГИЧЕСКИХ НАРУШЕНИЯХ РАЗЛИЧНОГО ГЕНЕЗА: СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПОДХОДЫ К ЛЕЧЕНИЮ Нейрохимия, Т. 41. - №3. - C. 215-230. doi: 10.31857/S1027813324030011 (год публикации - 2024)
10.31857/S1027813324030011

3. Зорина И.И., Черненко Е.Е., Печальнова А.С., Шпаков А.О. СВИДЕТЕЛЬСТВА ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТСРОЧЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ ИНТРАНАЗАЛЬНО ВВОДИМОГО ИНСУЛИНА ПОСЛЕ ИНДУКЦИИ ЦЕРЕБРАЛЬНОЙ ИШЕМИИ ПЕРЕДНЕГО МОЗГА КРЫСЫ Биохимия человека: материалы всероссийской конференция с международным участием, 17–19 октября 2024 г., Биохимия человека: материалы всероссийской конференция с международным участием, 17–19 октября 2024 г. , С. 320 (год публикации - 2024)

4. Черненко Е.Е., Карева А.А. ИНТРАНАЗАЛЬНОЕ ВВЕДЕНИЕ ИНСУЛИНА ОКАЗЫВАЕТ ПОЛОЖИТЕЛЬНОЕ ВЛИЯНИЕ НА ГОМЕОСТАЗ ГЛЮКОЗЫ НА ПЕРИФЕРИИ ПРИ ЦЕРЕБРАЛЬНОЙ ИШЕМИИ КРЫС, СОЧЕТАННОЙ С САХАРНЫМ ДИАБЕТОМ 2 ТИПА Актуальные проблемы биомедицины – 2025: Материалы XXXI Всероссийской конференции молодых учёных с международным участием, Санкт-Петербург, 20-21 марта 2025 года, Актуальные проблемы биомедицины – 2025: Материалы XXXI Всероссийской конференции молодых учёных с международным участием, Санкт-Петербург, 20-21 марта 2025 года, С. 168-169. (год публикации - 2025)

5. Зорина И.И., Аврова Д.К., Печальнова А.С., Шпаков А.О. ПРОТИВОВОСПАЛИТЕЛЬНОЕ ДЕЙСТВИЕ ИНСУЛИНА ПРИ ИНТРАНАЗАЛЬНОМ ВВЕДЕНИИ В МОДЕЛИ ЦЕРЕБРАЛЬНОЙ ИШЕМИИ У КРЫС С САХАРНЫМ ДИАБЕТОМ 2-ГО ТИПА Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием "", посвященная 175-летию со дня рождения академика И. П. Павлова и 120-летию со дня вручения академику И. П. Павлову Нобелевской премии: сборник тезисов докладов / под науч. ред. Абдурасуловой И.Н. – Санкт-Петербург: ИЭМ, 2024., "Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием ""Учение академика И. П. Павлова в современной системе нейронаук"", посвященная 175-летию со дня рождения академика И. П. Павлова и 120-летию со дня вручения академику И. П. Павлову Нобелевской премии: сборник тезисов докладов, 2024, С. 207 (год публикации - 2024)

6. Зорина И. И., Шпаков А. О. Центральная резистентность к инсулину при эндокринных и неврологических заболеваниях: современное состояние и перспективы Сборник тезисов IV Конференции по лечению и диагностике сахарного диабета «Фундаментальная и клиническая диабетология в 21 веке: от теории к практике», 22–24 мая 2024 года – М.: 2024 , Сборник тезисов IV Конференции по лечению и диагностике сахарного диабета «Фундаментальная и клиническая диабетология в 21 веке: от теории к практике», 22–24 мая 2024 года, С. 41 (год публикации - 2024)

7. Зорина И. И. , Черненко Е. Е. , Аврова Д. К., Шпаков А. О. МЕХАНИЗМЫ НЕЙРОПРОТЕКЦИИ ИНСУЛИНА ПРИ ЕГО ИНТРАНАЗАЛЬНОМ ВВЕДЕНИИ В МОДЕЛИ ДВУХСОСУДИСТОЙ ИШЕМИИ ПЕРЕДНЕГО МОЗГА КРЫС Биосистемы: организация, поведение, управление: Тезисы докладов 78-й Всероссийской с международным участием школы-конференции молодых ученых (Н. Новгород, 14–18 апреля 2025 г.). Н. Новгород, Университет Лобачевского. 2025. 371 с. , Биосистемы: организация, поведение, управление: Тезисы докладов 78-й Всероссийской с международным участием школы-конференции молодых ученых (Н. Новгород, 14–18 апреля 2025 г.), С. 123 (год публикации - 2025)

8. Зорина И.И., Черненко Е.Е., Деркач К.В., Шпаков А.О. НЕЙРОПРОТЕКТОРНЫЙ И МЕТАБОЛИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТЫ ИНТРАНАЗАЛЬНО ВВОДИМОГО ИНСУЛИНА ПРИ ПОВРЕЖДЕНИИ ГОЛОВНОГО МОЗГА РАЗЛИЧНОЙ ЭТИОЛОГИИ - (год публикации - 2025)

9. Зорина И.И., Печальнова А. С., Черненко Е. Е., Аврова Д.К., Деркач К. В. , Шпаков А. О. ПОИСК ТЕРАПЕВТИЧЕСКОГО ОКНА ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ ИНТРАНАЗАЛЬНО ВВОДИМОГО ИНСУЛИНА У КРЫС С ЦЕРЕБРАЛЬНОЙ ИШЕМИЕЙ И ИЗУЧЕНИЕ МЕХАНИЗМОВ ЕГО НЕЙРОПРОТЕКТОРНОГО ДЕЙСТВИЯ Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова, Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова, 2025, Т. 111, №6 (год публикации - 2025)

10. Черненко Е.Е., Аврова Д.К., Зорина И.И. Интраназально вводимый инсулин как перспективный препарат при церебральной ишемии, сочетанной с сахарным диабетом 2 типа Студенческий биохимический форум - 2025: V межвузовская студенческая конференция: 5-7 апреля 2025 г., Москва, МГУ имени М.В. Ломоносова, Биологический факультет. Материалы конференции , Студенческий биохимический форум - 2025: V межвузовская студенческая конференция: 5-7 апреля 2025 г., Москва, МГУ имени М.В. Ломоносова, Биологический факультет. Материалы конференции, С. 109 (год публикации - 2025)

Возможность практического использования результатов
Полученные результаты могут быть использованы в качестве научного задела для доклинических исследований интраназально вводимого инсулина при транзиторных ишемических атаках и церебральной ишемии различного генеза, в том числе возникающей при различных оперативных вмешательствах.