ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, 2004, том 54, № 2, с. 149-162
= ПАМЯТИ О.С. ВИНОГРАДОВОЙ
УДК 616.089.843:611.8
ГИППОКАМП И НЕЙРОТРАНСПЛАНТАЦИЯ
© 2004 г. 3. Н. Журавлева
Лаборатория системной организации нейронов Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН, Пущино, e-mail: zhuravleva@iteb.ru Поступила в редакцию 31.10.2002 г.
Принята в печать 14.01.2003 г.
Работа представляет собой обзор собственных результатов гистологических и электронно-микроскопических исследований нейротрансплантатов гиппокампа, интегрированных с мозгом реципиента в разной степени. Моделью полной изоляции от мозга служили трансплантаты, развивающиеся в передней камере глаза. Показано, что рост, развитие и цитологический состав трансплантированной ткани зависят от таких факторов, как возраст донорской эмбриональной ткани, генетическая совместимость донора и реципиента, степень интегрированности с мозгом. Ультраструктурный анализ интраокулярных и интракортикальных трансплантатов показал, что в целом нервные и гли-альные клетки имеют характеристики высокодифференцированных, зрелых элементов; числовая плотность и строение синаптических контактов близки к таковым в норме. Вместе с тем в трансплантируемой ткани обнаружены морфологические признаки, свидетельствующие о продолжающемся росте некоторых нервных отростков и усилении несинаптических и транспортно-метаболи-ческих межклеточных взаимодействий. Наблюдаемые ультраструктурные отклонения рассматриваются как проявление компенсаторно-адаптационных изменений при развитии ткани в условиях дефицита естественных афферентных синаптических влияний. Показано также, что аксоны трансплантированных нейронов при отсутствии адекватных клеточных мишеней могут устанавливать функциональные синаптические контакты с несвойственными им нейронными элементами в мозге реципиента.
Ключевые слова: нейротрансплантация, гиппокамп, зубчатая фасция, септум, неокортекс, передняя камера глаза, ультраструктура нервной ткани, онтогенез.
The Hippocampus and Neurotransplantation
Z. N. Zhuravleva
Institute of Theoretical and Experimental Biophysics, Russian Academy of Sciences, Pushchino
A review of the author's histological and electron-microscopic studies of differentiation of hippocampal transplants with different levels of the graft/host integration. The grafts developing in the anterior eye chamber were the experimental model of complete isolation from the brain. The effects of various factors (age of the donor fetal tissue, host age and strain, degree of the integration with the recipient brain) on the growth and neural organization of grafts were studied. Analysis of fine structure of intraocular and intracortical grafts, as a rule, showed mature highly differentiated neurons and glia and normal density of typical synaptic contacts. However, morphological features suggesting both hyperactivity of some neurons and continuous growth of some neural processes were observed. The expression of nonsynaptic and transport-metabolic interactions between the cells was increased. The observed ultrastructural deviations can be regarded as a compensatory adaptation of the tissue to the deficit of specific afferent signals. It was shown that in the absence of normal cellular targets, axons of the grafted neurons establish functional synaptic contacts with improper neural elements in the host brain.
Key words: neurotransplantation, hippocampus, dentate fascia, septum, neocortex, anterior chamber of eye, ultrastructure of the nervous tissue, ontogeny.
В конце 70-х - начале 80-х годов нейротрансплантация стала одним из наиболее значимых научных увлечений О.С. Виноградовой. Первоначальный интерес к этому методу определялся тем, что он давал возможность исследовать электрическую активность нейронов гиппокампа и других
лимбических структур мозга в условиях полной или частичной деафферентации взамен сложным операциям с рассечением аксонных путей. Эти исследования позволили разграничить роль внешних афферентов и эндогенных механизмов в формирование определенных паттернов электрической ак-
тивности нейронов. Помимо этого метод нейрот-рансплантации давал возможность с новой стороны подойти к изучению закономерностей нейроонто-генеза, механизмов регенерации и пластичности мозга. Публикация по гомо- и гетеровидовой трансплантации эмбриональной нервной ткани, вышедшая из лаборатории системной организации нейронов в 1981 г., была пионерской в нашей стране и одной из первых в мире в этой области нейронауки [4]. Состояние проблемы, трудности и перспективы этого метода, а также экспериментальные данные, полученные в лаборатории, были неоднократно проанализированы О.С. Виноградовой в печати [7-9, 63-65].
В настоящей работе суммированы результаты гистологических и ультраструктурных исследований трансплантированной ткани. Исследованы трансплантаты гиппокампа и функционально связанных с ним структур, развивающихся при полной изоляции от мозга (в передней камере глаза -ПКГ) и при разной степени их вторичной интеграции с мозгом. Цель работы состояла в выяснении способности эмбриональной нервной ткани приживаться, дифференцироваться и сохраняться длительное время в ПКГ и мозге взрослых животных, а также в выявлении внутренних (генетически детерминированных) и внешних (зависящих от взаимодействия с окружающей тканью) факторов, влияющих на развитие трансплантированных структур, степень специфичности устанавливающихся синаптических связей и возможность морфофунк-циональной интеграции трансплантатов с мозгом.
МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ
Доноры и реципиенты. Большинство опытов было проведено на нелинейных крысах Вистар, содержащихся в условиях институтского вивария. В основном в качестве реципиентов использовали взрослых самцов массой 200-250 г; при изучении возрастного фактора сравнительные исследования проводили на молодых (21 день, 150 г.) и старых (18 мес., 300-400 г.) животных. В экспериментах по изучению влияния генетических различий донора и реципиента были использованы молодые и старые животные инбредной линии ВАГ (популяция, производная от крыс Вистар). В качестве донорского материала в разных сериях экспериментов служили кусочки эмбрионального мозга из гиппокампа, зубчатой фасции, септальной области и неокортекса, взятых от 16-18-дневных (или 20-дневных для зубчатой фасции) эмбрионов, или мозга крысят 1-го дня после рождения. В основном трансплантаты были исследованы через 3-4 мес. после пересадки, что соответствует срокам достижения тканью in situ взрослого дифференцированного состояния. Некоторые трансплантаты были изучены через 6, 9, 12 мес. и более. Для сопоставления и сравнения полученных результатов ис-
пользовали также соответствующие структуры интактного мозга взрослых животных.
Методика трансплантации. В стерильных условиях самке-донору под глубоким нембуталовым наркозом производили кесарево сечение, из эмбрионов извлекали мозг и под стереомикроскопом выделяли эмбриональные закладки необходимых областей мозга. Трансплантацию в ПКГ проводили под общим эфирным наркозом и местной анестезией дикаином. Для расширения зрачка использовали 0.1%-ный раствор атропина. Через небольшой разрез в роговице с помощью шприца со стеклянным капилляром в ПКГ вводили эмбриональную ткань объемом около 1 мм3. Трансплантацию в мозг проводили под нембуталовым (внут-рибрюшинно, 30-40 мг/кг массы) и местным наркозом (2.0%-ный новокаин, подкожно). Животное закрепляли в стереотаксическом аппарате. С помощью бормашины в черепе делали ответстие диаметром 2-3 мм над первичной соматосенсорной корой, снимали твердую мозговую оболочку и, используя вакуумный насос, отсасывали небольшой объем серого вещества коры. В полученную ямку (cavity) помещали трансплантат и закрывали пористой кровоостанавливающей губкой. При интра-паренхимальной трансплантации эмбриональную ткань вводили в мозг реципиента с помощью микрошприца.
ПРИЖИВЛЕНИЕ И ОБЩАЯ СТРУКТУРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТРАНСПЛАНТАТОВ В ПКГ
Эмбриональная нервная ткань, помещенная в ПКГ, приживается в 98-100% случаев. В первые 23 сут после пересадки воспалительная реакция глаза на имплантированную ткань выражается в помутнении внутриглазной жидкости. Затем внутриглазная жидкость становится прозрачной; на 4-5-е сутки края у трансплантатов выравниваются и к ним начинают прорастать кровеносные сосуды от радужной оболочки. Форма и размеры большинства трансплантатов стабилизируются к 1.5-3 мес. после пересадки, однако некоторые из них могут изменять свою форму до 6 мес. Располагаясь между радужиной и роговицей, они занимают большую часть передней камеры глаза. Гистологический анализ показывает, что основную, центральную часть таких трансплантатов занимает хорошо сформированная нервная ткань, в которой соотношение нейронов и глиальных элементов приблизительно соответствует таковому в зрелом мозге. Однако на периферии преобладают глиоциты, и у поверхности трансплантатов, обращенной в ПКГ, они формируют практически сплошную, иногда многослойную оболочку. Кроме того, в трансплантатах всегда присутствует незначительное количество клеток соединительной ткани - макрофаги, фибробласты, лимфоциты, зернистые и незернис-
тые лейкоциты, тучные клетки. Они образуют небольшие агрегаты на границе с радужной оболочкой, а также в периваскулярных пространствах кровеносных сосудов. Единичные клетки наблюдаются в паренхиме трансплантатов и в самой ПКГ. Признаков иммунологической реактивности они не проявляют [6, 19, 70].
Приживаемость интраокулярных трансплантатов в первую очередь определяется тем, что ПКГ, так же как и мозг, является иммунопривилегиро-ванной областью организма. Однако защищенность ткани в ПКГ ниже, чем в мозге, иммунные реакции в ней происходят, но более медленно и ос-лабленно [47, 60]. В случае трансплантации нервной ткани успех определяется также тем, что недифференцированные эмбриональные клетки не экспрессируют антигенов главного комплекса гис-тосовместимости [50]. В здоровом мозге его не экс-прессируют и зрелые нейроны, а по некоторым данным, - и астроциты [67]. Существенную роль в выживании нервной
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.