Slutsats
1. Introduktion
Nanoteknik involverar teknik i molekylär skala och forskning som involverar användning av nanopartiklar i biologi och medicin blir alltmer av stor betydelse för att förstå grundläggande bakomliggande mekanismer och terapeutisk effekt. Nanoteknik erbjuder en mängd olika möjligheter för tillämpningar [ 1 ], till exempel lovar nanopartiklar effektiv distribution av läkemedelsmolekylerna endast till målregionen, och bevarar omgivande vävnader och andra friska organ. Nanopartiklar är tillverkade av olika material, inklusive, polymerer, metaller och lipider [ 2 - 4 ].
De enorma framstegen inom neurovetenskap har kunnat bestämma specifika hjärnplatser, populationer av nervceller, lokala mekanismer och biomolekyler som är involverade i olika neurologiska tillstånd. Å andra sidan är farmakologisk inriktning av specifika platser i hjärnan för behandling av en bestämd neurologisk sjukdom med minimala biverkningar fortfarande en stor utmaning. I detta scenario tycks nanoteknik erbjuda ett viktigt alternativ för behandling av sjukdomar i centrala nervsystemet och användning av nanopartiklar är ett alternativ för läkemedelsleverans i hjärnan. Den ideala prototypen bör uppfylla de minimikrav som krävs; i) det önskade läkemedlet måste införlivas effektivt i en nanopartikel, ii) nanopartikeln måste effektivt korsa blod-hjärnbarriären (BBB) och, iii) nanopartikeln måste utföra lämplig frisättning av läkemedlet vid önskat verkningsställe. Denna kombination av faktorer är kanske den stora gränsen för nanoteknik som tillämpas inom neurofarmakologi. Att hitta en idealisk "trojansk häst" för att korsa BBB är inte en lätt uppgift och kräver omfattande undersökning [5 ]. Å andra sidan har karaktäriseringen av nanopartiklar som kan kapa och producera en kontrollerad frisättning av läkemedel avancerat med avsevärd framgång [ 6 , 7 ].
γ-aminosmörsyra (GABA) är den största hämmande neurotransmittorn i centrala nervsystemet (CNS). Det utövar sina hämmande effekter genom att verka på jonotropa GABA A- receptorer och metabotropa GABA B- receptorer. Aktivering av post-synaptiska GABA A- receptorer gynnar kloridintillflödet, hyperpolariserar neuronet [ 8 ] och gör att det hämmas från att skjuta. GABA A- receptorer distribueras i stor utsträckning över däggdjurs-CNS och uppvisar specifika funktioner inom olika specifika platser [ 9]. I detta avseende är dysfunktion av GABAergiska mekanismer associerad med flera vanliga neurologiska tillstånd, inklusive Huntingtons chorea, Alzheimers sjukdom, ångest, panikstörning och epilepsi [ 10 , 11 ]. Åtgärdsspektrumet är så brett att förändrad GABAergisk signalering också är associerad med kardiovaskulära abnormiteter såsom essentiell hypertoni [ 12 ] och hjärtsvikt [ 13 ] samt utveckling av neurogliom [ 14 ]. GABA är en lågmolekylär, zwitterjonisk och vattenlöslig molekyl som visar reducerad genomträngning genom BBB [ 15]. Å andra sidan gör de fysikalisk-kemiska egenskaperna hos GABA det särskilt lämpligt för inkapsling i vesikulära nanopartiklar som uppvisar hög belastningskapacitet hos hydrofilt läkemedel, såsom liposomer, polymersomes [ 16 ] och multipla emulsioner [ 17 ]. Faktum är att GABA inte kan inkapslas på basis av elektrostatiska interaktioner, som nukleinsyror i polyplex, lipoplex eller peptidskal [ 18 , 19 ].
Även om det ännu inte har undersökts för leverans av GABA, representerar polymersomes ett nytt lovande alternativ till liposomer på grund av deras förväntade större stabilitet, lättare industriell produktion och potentiellt lägre membranpermeabilitet [ 20 ].
Nyligen framställdes GABA-laddade polymera nanopartiklar med hjälp av invers emulsionspolymerisationsteknik. Dessa positivt laddade nanopartiklar visade antikonvulsiv effekt hos epileptiska råttor [ 21 ]. Hastigheten för läkemedelsfrisättning från dessa nanopartiklar var dock ganska snabb med 47% av GABA frisatt på 6 timmar.
En annan strategi som undersöktes för leverans av GABA till hjärnan är baserad på utformningen av membranpermeabelt derivat. En ny studie antyder att GABA konjugerat till en katjonisk peptid kan leverera GABA till hjärnan efter parenteral administrering [ 15 ]. Emellertid kan potentiella nackdelar jämfört med nanopartikelstrategin vara bristen på vävnadsspecificitet, möjlig immunogenicitet och perifera biverkningar och begränsad verkningstid. En intressant möjlighet skulle vara att associera ett sådant derivat till anjoniska nanopartiklar riktade mot hjärnan.
Med den enorma betydelsen av GABA i flera fysiologiska och fysiopatologiska tillstånd är det förvånande att så få nanopartiklar har undersökts som potentiella bärare av GABA. Denna recension fokuserar på fördelar och nackdelar med nano-skala vektorer för GABA-leverans i hjärnan. Vi diskuterar liposomernas tillämpbarhet för kronisk GABA-leverans i specifika hjärnregioner av intresse. Dessa GABA-leveranssystem kan sedan användas i neurovetenskapliga studier som syftar till potentiella translationella aspekter för behandling av neurologiska tillstånd. I detta avseende erbjuder granskningen också insikter om möjliga tillämpningar av GABA-innehållande liposomer med specifikt fokus på sjukdomar där GABAergiska mekanismer är direkt involverade (Figur 1).
2. Egenskaper hos liposomer: allmänna aspekter
Liposomer är mikroskopiska sfäriska vesiklar, bestående av ett eller flera koncentriska lipid-dubbelskikt, som isolerar ett eller flera inre vattenhaltiga fack från yttre medium (Figur 1) [ 3 , 22 ]. De kan inkapsla hydrofila och / eller lipofila substanser i det inre vattenfacket respektive i membranet. En stor fördel i användningen av liposomer, i förhållande till andra läkemedelsavgivningssystem, är deras höga biokompatibilitet [ 22 ], låg toxicitet och bieffekt [ 23 ]. Dessutom är dessa system mycket mångsidiga. Storleken, lamellariteten, ytegenskaperna, lipidkompositionen, volymen och sammansättningen av det inre vattenmediet kan manipuleras beroende på farmaceutiska och farmakologiska krav [ 22 ].
Manipulering av liposomstorlek och yta är avgörande för att kontrollera farmakokinetiken och biodistributionen av detta nanosystem. Konventionella liposomer, typiskt gjorda av fosfatidylkolin och kolesterol, genomgår opsonisering i plasma och rensas snabbt från blodcirkulationen genom makrofager i det mononukleära fagocytsystemet (MPS). Således ackumuleras de huvudsakligen i levern och mjälten. Som ett första sätt att förlänga cirkulationstiden för liposomer och förbättra deras distribution i andra organ än MPS, kan liposomstorleken minskas, till exempel med användning av vesiklar med en diameter mindre än 100 nm [ 24 ]. Ett annat mer effektivt medel för att minska graden av liposomclearance in vivo består i införlivandet i vesikelmembranet av en fosfolipid konjugerad till etylenglykolpolymer (PEG) [25 ]. PEG-polymeren bildar ett hydrofilt skyddande skikt över ytan av vesiklar, minskar opsoniseringsprocessen och efterföljande clearance av liposomer. Även om PEGylering av liposomer förlänger deras cirkulationstid i kroppen är det nödvändigt, men inte tillräckligt, att låta liposomer passera BBB. Därför kan deras funktionalisering med ligander, såsom peptider, antikroppar, aptamerer och andra, som specifikt binder till receptorer vid ytan av hjärnans endotelceller, underlätta deras transport över BBB.
Två distinkta mekanismer har visat sig bidra till frisättningen in vivo av det inkapslade läkemedlet från liposomer: en passiv diffusionsmekanism som består av den enkla diffusionen av substansen över lipid-dubbelskiktet, påverkad också av interaktionen mellan liposommembranet och plasmakomponenter; en cellförmedlad mekanism bestående av endocytos av liposomer av celler, deras nedbrytning av lysosomala fosfolipaser och efterföljande frisättning av läkemedlet från celler genom exocytos [ 22]. Huruvida den ena eller andra mekanismen dominerar beror på egenskaperna hos både läkemedel och liposomer. Den diffusionsmedierade mekanismen råder för läkemedel som uppvisar lågmolekylär vikt och låg polaritet och därmed hög permeabilitet över liposommembranet. Tvärtom dominerar den cellförmedlade mekanismen när det gäller ogenomträngliga läkemedel. Viktigt är att membranfluiditeten och ytan hos liposomer kan manipuleras för att kontrollera läkemedelsfrisättningen från liposomer. Till exempel resulterar mer styva membran vanligtvis i lägre frekvenser av läkemedelsfrisättning [ 3]. När den cellmedierade läkemedelsfrisättningsmekanismen dominerar främjar PEGylerade liposomer också långsammare frisättning av läkemedel. Intressant kan ytterligare egenskaper läggas till liposomala system för att förbättra avgivningen av läkemedel på det riktade stället som svar på specifika stimuli, såsom variationer i temperatur, magnetfält, ultraljudintensitet eller förändringar i pH [ 26 ].
Liposomer beskrevs först på 1960-talet när Bangham et al. Observerade att fosfolipider i vattenlösning kunde bilda en sluten dubbelskiktstruktur [ 27 ]. De användes först som cellmembranmodell på grund av likheten med den. Det var först på 1970-talet som dess förmåga att lagra droger [ 28 , 29 ] och dess användning som läkemedelsbärare undersöktes [ 30 ]. Sedan dess har ett stort framsteg i utvecklingen och teknikerna för beredning av liposomerna uppnåtts med godkännande av flera läkemedel, produkter och teknologier baserat på deras användning och effektivitet [ 31 ].
3. GABA-innehållande liposomer: egenskaper
Loeb et al., Var de första som rapporterade användningen av liposominkapslat GABA-system [ 32 , 33 ]. Dessa författare rapporterade en minskning av epileptisk aktivitet efter intravenös administrering (som varade i 104 minuter) och antog att den liposomala bäraren kan förbättra penetrationen av GABA över BBB. Den använda formuleringen utvecklades endast med naturligt fosfatidylserin [ 32 , 33 ]. Naturligt fosfatidylserin förväntas bilda mindre stabila och läckande blåsor [ 3 ] och gynna infångningen av liposomer genom makrofager [ 34 ]. Vidare bestämdes inte viktiga egenskaper såsom storlek och kinetik för GABA-frisättning [ 32 , 33]. Därför testade vi nyligen effektiviteten av en annan formulering av liposomer för GABA-frisättning [ 35 ]. Dessa framställdes från L-a-distearoyl-fosfatidylkolin (DSPC), kolesterol (CHOL) och distearoyl-fosfatidyl-thanolamin-polyetylenglykol 2000 (DSPE-PEG2000). Inkapslingen av GABA (0,3 M i 0,9% NaCl) utfördes i frysta och tinade multilamellära vesiklar (FATMLVs; lipidkoncentration av 99 g / L). Efter alla formuleringssteg observerade vi att GABA-inkapslingshastigheten nådde en genomsnittlig effektivitet på cirka 30% [ 35 ]. De framställda liposomerna hade membran tillverkat av högfas övergångstemperatur fosfatidylkolin (DSPC) och kolesterol för att uppnå mycket låg membranpermeabilitet [ 36]. Följaktligen indikerar in vitro-resultat en mycket långsam frisättning av GABA från liposomer, med endast 60% av GABA-frisättning efter 5 dagars inkubation vid 37 ° C. Andra viktiga egenskaper hos dessa liposomer var deras medeldiameter på 200 nm och införlivandet av en pegylerad lipid för att bromsa deras infångning av celler genom endocytos / fagocytos och den cellmedierade frisättningen av inkapslat läkemedel [ 3 ].
Vi har nyligen visat i en in vitro- modell att neuroner som exponerats för GABA-innehållande liposomer under en 24-timmarsperiod presenterar två viktiga molekylära förändringar. Först en markant ökning av GABA A- receptorer (med 50%). För det andra en markant ökning av kväveoxid (NO), en viktig medlare för intracellulär signalering i centrala nervsystemet. Ökningen av kväveoxid är möjligen resultatet av en minskning av PIN, den endogena proteininhibitorn för neuronal kväveoxidsyntas (nNOS) [ 37 ]. PIN-bindning leder till destabilisering av aktiva nNOS-dimerer vilket resulterar i bildning av funktionellt hindrade katalytiskt inaktiva monomerer och därmed minskning av NO-bildning [ 38]. Den observerade ökningen av NO i neuroner som exponerats för GABA-innehållande liposomer kan bero på stabilisering av nNOS-dimerer. De senaste funktionella fynden i vår GABA-liposomformulering [ 35 , 37 ] nämns i några specifika ämnen nedan.
4. Translationsperspektiv
Att övervinna Blood Brain Barrier och Microglial-reaktionen
Som alla nanoteknologibaserade läkemedelsleveranssystem för att rikta hjärnan måste perspektivet att använda GABA-innehållande liposomer för att rikta sig mot centrala nervsystemets sjukdomar överväga två viktiga utmaningar; korsar BBB och microglia-reaktionen.
BBB skyddar hjärnan mot skadliga blodburna patogener men begränsar leveransen av ett stort antal läkemedel för behandling av neurologiska sjukdomar [ 39 ]. För närvarande är sökandet efter mångsidiga BBB leveransmetoder utan tvekan ett kritiskt steg mot framtiden för nanoteknik som tillämpas på nervsystemet [ 2 , 6 ].
Långcirkulerande nanopartiklar kan passivt passera BBB efter intravenös administrering vid behandling av sjukdomar där BBB-integriteten äventyras. BBB-integritet minskar ofta i hjärntumörer och det kan också vara en följd av andra hjärnsjukdomar [ 40 , 41 ]. Tillfällig öppning av BBB med osmotisk (mannitol) chock eller fokuserat ultraljud har också använts för att förbättra läkemedelsleverans genom liposomer [ 42 ]. Magnetiska nanopartiklar kombinerades också med ett magnetfält i hjärnan för att förbättra leveransen.
När de utvärderades med avseende på deras förmåga att korsa intakt BBB var de mest effektiva liposomerna katjoniska vesiklar och liposomer med ytmodifierad genom att rikta sig till ligander, som specifikt binder till receptorer eller transportörer som uttrycks på hjärnans endotelceller [ 26 , 42 , 43 ]. Deponering av liposomer i hjärnan med hjälp av intraarteriell injektion visade sig vara effektivare från katjoniska vesiklar än från anjoniska eller neutrala, möjligen på grund av de elektrostatiska interaktioner mellan de katjoniska liposomerna och de negativt laddade cellmembranen, vilket förbättrade nanopartikelupptagningen genom adsorptivt medierad endocytos [ 44]. Men användningen av katjoniska nanokarriärer för hjärnleverans är begränsad av ospecifikt upptag av perifera vävnader och deras bindning till serumproteiner som dämpar deras ytladdning. Således kommer stora mängder av dessa nanobärare att krävas för att uppnå terapeutisk effekt, och dessa bärare är potentiellt cytotoxiska [ 45 ].
En av de mest effektiva mekanismerna för att gå igenom BBB är receptormedierad transcytos, som utnyttjar olika transportörer och receptorer som finns i BBB. Detta är fallet med det lipoproteinreceptorrelaterade proteinet med låg densitet [ 46 ]. Andra molekylära mål som har använts med framgång är GLUT1-glukostransportören [ 47 ], transferrinreceptorn och insulinreceptorn [ 43 ].
Icke-invasiva administreringsvägar (okulär eller slemhinnor) har i stor utsträckning undersökts för att kringgå BBB. Till exempel ger intranasal administrering ett praktiskt tillvägagångssätt för att leverera läkemedel till hjärnan och katjoniska liposomer visade sig vara särskilt effektiva på denna väg [ 48 , 49 ].
Invasiva tekniker kan också vara ett alternativ för applicering av liposomala preparat i specifika hjärnregioner. Hos människor anses övervinnande av BBB via invasiva tekniker med användning av intraparenkymala eller intracerebroventrikulära direkta applikationer långt ifrån ideal med tanke på behovet av sjukhusvistelse, ärrbildning i hjärnvävnad och infektionsrisk [ 2 , 6 ]. Direkt applikation ger emellertid möjligheten att införa det terapeutiska medlet lokalt, minska systemisk toxicitet och bevara den omgivande friska vävnaden [ 7 , 50 ]. Direkt applikation är en verklig möjlighet och måste ses som ett alternativ för behandling av vissa neurologiska tillstånd [ 7 , 50 , 51]. I detta avseende höjde direkt applicering av dopamininnehållande liposomer i striatum de lokala extracellulära nivåerna av dopamin i 25 dagar, vilket minskade underskotten i samband med en gnagarmodell av Parkinsons sjukdom [ 52 ]. Direkt applicering av liposomer i hjärnan via konvektionsförbättrad leverans testades i en gnagarehjärntumörmodell. Resultaten visade att liposomer uppnådde effektiv distribution till tumörvävnaden och gav en grund för kliniska tillämpningar på specifika platser av intresse [ 53 , 54 ]. Sammanfattningsvis är direkt applicering av liposomer i CNS en realistisk strategi för terapeutisk inriktning av specifika hjärnregioner.
Väl inne i centrala nervsystemet blir frågan hur mikroglia reagerar mot liposomer. Microglia är de viktigaste immuncellerna i nervsystemet, försvaret mot inträde i centrala nervsystemet av mikroorganismer från blodet eller traumatisk skada i nervvävnaden. Microglial-processer konvergerar mot det skadade stället och skapar en barriär mellan den friska och skadade vävnaden. Migration till skadestedet frigör inflammatoriska cytokiner [ 55 ]. Detta kemotaktiska svar verkar regleras av ATP som frigörs från den skadade vävnaden [ 56 ]. Mikroglialreaktivitet resulterar i utsöndring av ett stort antal ämnen som är involverade i inflammatoriska och reparationsprocesser inklusive cytokiner, lipidförmedlare och fria radikaler [ 57]. Intressant nog visar bevis att den inflammatoriska processen som härrör från mikroglialaktivering kan dämpas av en liposomal beståndsdel. Microglia binder selektivt liposomer anrikade med fosfatidylserin [ 58 ]. Fosfatidylserin, som verkar via specifika fosfatidylserinreceptorer, förhindrar klassisk proinflammatorisk aktivering av makrofager [ 59 ]. Av denna anledning har liposomer innehållande fosfatidylserin visat sig minska frisättningen av proinflammatoriska cytokiner från mikroglia [ 60 ] och att hämma aktivering av det mitogenaktiverade proteinkinaset p38, och därför undertrycker proinflammatoriska aktiviteter i mikroglialceller [ 61]. Dessutom visade Hashioka et al. Att liposomer innefattande fosfolipiderna fosfatidylserin och fosfatidylkolin har både neuroskyddande och antioxidativa egenskaper genom inhibering av mikroglialaktivering [ 62 , 63 ]. Dessa resultat tyder på att den liposomala kompositionen i sig kan modulera mikroglial inflammatorisk reaktivitet, en positiv aspekt när man överväger användningen av liposomer vid neurodegenerativa sjukdomar (se nedan) eller i andra tillstånd i centrala nervsystemet.
Neurodegenerativa sjukdomar
Kännetecknet för Alzheimers sjukdom är störningen av basala kolinerga vägar, men ackumulerade bevis tyder på att GABAergic-systemet också förändras. I allmänhet reduceras GABA-nivåer och GABA A- receptorer nedregleras. Flera regioner påverkas inklusive prefrontal cortex och hippocampus. Studier har visat att stimulering av GABAergisk signalering skyddar neuroner mot neurotoxiciteten hos amyloid β-protein och därför kan denna strategi betraktas som en potentiell terapi för behandling av Alzheimers sjukdom [ 11 ]. Minskning av GABA-hämmande inmatning i basala ganglierskretsar ger också symtomen på Huntingtons sjukdom [ 64] och förbättring av GABAergic neurotransmission har undersökts som ett terapeutiskt tillvägagångssätt [ 65 ]. Både Alzheimers och Huntingtons sjukdomar har gemensamma särdrag såsom avsättning av distinkta proteinaggregat som förändrar synaptisk funktion [ 66 ]. Avsättningen av amyloid β-protein i Alzheimers sjukdom leder till mikroglia-medierad inflammatorisk respons och neurotoxicitet. En del av de mekanismer genom vilka mikroglia kan förbättra neurotoxiciteten för amyloid β-protein är genom produktion av reaktiva syrearter [ 67 , 68 ]. Med tanke på våra nuvarande data som visar att GABA-innehållande liposomer kan förbättra kväveoxidtillgängligheten i neuronalpopulationer [ 37], återstår undersökningen av GABA-innehållande liposomer på amyloid β-proteintoxicitet på neuroner.
Epilepsi
Bevis från ett antal experimentella och kliniska studier ger starkt stöd för en roll som GABAergic-systemet i mekanismen och behandlingen av epilepsi. Krampfoci kännetecknas av en patologisk minskning av GABAerga terminaler och en ökning av glutamatergiska, excitatoriska terminaler [ 69 ]. Fokus för anfall kan bestämmas till exempel i hippocampus eller temporal lobe. I vissa fall kan kirurgisk behandling vara nödvändig [ 70 ]. Det finns olika råttmodeller för epilepsi som efterliknar olika aspekter av human epilepsi [ 71 ], därför kan GABA-innehållande liposomer vara mycket användbara för att förstå epileptiska mekanismer. Som nämnts ovan, Loeb et al., [ 32 , 33] rapporterade en minskning av den epileptiska aktiviteten efter intravenös administrering av GABA-liposomer och antog att den liposomala bäraren kan förbättra penetrationen av GABA över BBB och öka effektiviteten av behandlingen. Effekterna av platsspecifik administrering av liposomer i hjärnregionerna som är direkt involverade i epileptiska anfall återstår att bestämma.
Gliom
Gliom är vanligtvis förknippade med epileptiska anfall, vilket tyder på inbördes mekanismer mellan utvecklingen av de två patologierna. Som elegant granskat av Huberfeld och Vecht är GABA-signalering inblandad i tumörproliferation såväl som i tumörassocierad epilepsi [ 14 ]. GABA-nivåer är högre i vävnader runt gliom och GABA-medierad hämning försämras. Bevis tyder på att GABA-receptoraktivering minskar tumörproliferation [ 14 ]. Liposomer har undersökts som läkemedelsbärare för att rikta hjärntumörer under lång tid [ 72 ] och olika djurmodeller av hjärntumörer finns tillgängliga [ 54 , 73]. Därför är möjligheten för GABA-innehållande liposomer att visa en antiproliferativ effekt på tumörceller attraktiv och återstår att undersöka.
Ångeststörningar
GABA-systemet spelar en avgörande roll i patofysiologin för ångeststörningar. Kliniska och djurstudier visar att positiva modulatorer av GABA-receptorer främjar ångestminskning och antidepressiva effekter, medan negativa modulatorer resulterar i ångestdämpande effekter och depression [ 74 ]. GABAergiska kretsar och strukturer som är involverade i ångeststörningar har också bestämts, de inkluderar bland annat amygdala, dorsomedial hypotalamus, hippocampus och periaqueductal grey. Till exempel är förändrad GABAergisk inmatning till amygdala inblandad i de förmodade rädslansinormerna och sensibilisering rapporteras också vid posttraumatisk stressstörning [ 75 ]. En reducerad GABAergisk ton till den dorsomediala hypotalamus är inblandad i panikstörning [ 76]. Därför kan de GABAergiska systemen på nivån av amygdala och dorsomedial hypotalamus vara idealiska potentiella mål för terapi för ångestsyndrom. Känslomässig stress spelar också en viktig bidragande roll i utvecklingen av ångeststörningar. I detta avseende har vi nyligen rapporterat att ICV-administrering av liposom-innesluten GABA minskade takykardin framkallad av akut stress och främjade en minskning av ångest hos råttor. Dessa effekter observerades minst 48 timmar efter administrering och överensstämmer med de liposomala formuleringarnas fördröjda egenskaper [ 35 ]. Med tanke på kännetecknet för kronisk frisättning kan GABA-innehållande liposomer vara ett användbart verktyg för att undersöka de centrala mekanismerna som är involverade i ångeststörningar.
Högt blodtryck och hjärtsvikt
Kardiovaskulära sjukdomar är en stor folkhälsoepidemi och deras prevalens har ökat i utvecklingsländer. Studier indikerar en nyckelroll för GABAergic-överföring i centrala nervsystemet för utveckling av hjärt-kärlsjukdom. Ökad sympatisk ton är närvarande i experimentella modeller av djurhypertension [ 77 ] och hjärtsvikt [ 78 ] och den paraventrikulära kärnan i hypotalamus (PVN) är en viktig region som är involverad i upprätthållandet av sympatisk effekt [ 79 , 80 ]. Svaren i MAP, HR och sympatisk aktivitet framkallad genom mikroinjektion av GABA A- antagonisten (bikukullinmetiodid) eller GABA Areceptoragonist (muscimol) i PVN hos hypertensiva råttor dämpas jämfört med normotensiva kontroller [ 77 ]. Detta resultat antyder en dämpning av GABA A- receptorfunktion i PVN hos hypertensiva råttor. Dessutom presenterade djur med hjärtsvikt en minskning av GABA A- receptorn [ 13 ] och i GABA-neurotransmittorn [ 81 ] i PVN. Nyligen visade vi att den tidigare intracerebroventrikulära mikroinjektionen av liposom-innesluten GABA dämpade ökningarna av njursympatisk nervaktivitet framkallad av mikroinjektion av bikukullinmetiodid och presenterade trubbig takykardi i stressförsök [ 35 ].
Med tanke på att liposomer kan frigöra GABA långsamt i centrala nervsystemet som vi tidigare har beskrivit [ 35 ], kan studier av dess effekter i viktiga regioner för kardiovaskulär kontroll bidra till att ge insikt i de mekanismer som är involverade i uppkomst och / eller underhåll av högt blodtryck och hjärtsvikt komplikationer. I detta avseende indikerar preliminära experiment från vårt laboratorium att GABA-liposomer injicerade i den dorsomediala hypotalamiska regionen (DMH) resulterade i signifikant långvarigt blodtrycksfall i upp till 8 dagar (figur 2). DMH är en nyckelregion som kontrollerar den sympatiska aktiviteten för hjärtat och kärlen [ 82 , 83 ] och den har varit inblandad som en del av de centrala mekanismerna som är involverade i utveckling av högt blodtryck [ 84 ].
( a ) Tidsförlopp för förändringar (betyder ± SE) i genomsnittligt arteriellt tryck (MAP, uppmätt med telemetri) hos Wistar-råttor efter bilateral nanoinjektion av GABA-liposomer (200 nl, n = 5) i den dorsomediala hypotalamiska regionen. ( b ) Sagittalvy av råtthjärnan som illustrerar det stereotaxiska nanoinjektionsförfarandet som når målområdet. ( c ) Frontvy av den dorsomediala hypotalamiska regionen; prickar representerar ungefärliga injektionsställen; målinjektionsstället avgränsas med fet linje som definierats av Fontes et al., 2011. GABA-liposomformulering och mikroinjektionsförfaranden utförda enligt Vaz et al., 2015. * p<0,05 mot injektion av tom liposom (kontroll, n = 5), tvåvägs ANOVA följt av Bonferroni. ARC, bågformad hypotalamisk kärna; DA, dorsalt hypotalamiskt område; DMC, kompakt del av dorsomedial hypotalamisk kärna; DMD, diffus del av den dorsomediala hypotalamuskärnan; DMN, dorsomedial hypotalamisk kärna; f, fornix; mt, mamillotalamic tract; LH, lateral hypotalamus; VMH, ventromedial hypotalamisk kärna; III, tredje kammaren. Alla förfaranden överensstämmer med den föreskrift som fastställts av National Institute of Health Guide for the Care and Use of Laboratory Animals (NIH Publications No. 80-23) reviderad 1996 och godkändes av vår lokala kommitté för etik vid djurförsök (protokollnummer: 150 -2010).
6. Avslutande anmärkningar
Eftersom GABA-systemet är inblandat i flera hjärnfunktionella nätverk kan ett tillvägagångssätt för kronisk frisättning av GABA vara ett viktigt verktyg för tillämpning inom neurovetenskap som erbjuder potentiellt framtida translationellt perspektiv. Våra senaste studier bekräftar tidigare resultat som visar att liposomer enkelt kan införliva och frigöra GABA kroniskt. GABA-innehållande liposomer kan förbättra tillgängligheten av kväveoxid i neuronalpopulationer och den här egenskapen kan vara relevant för inriktning mot neurodegenerativa sjukdomar. Dessutom kan möjligheten att använda liposomer för platsspecifik kronisk frisättning av GABA erbjuda ett nytt alternativ för att förstå specifika regionala och funktionella aspekter av GABAergiska mekanismer som är involverade i ångest, stress, epilepsi och flera andra fysiologiska och fysiopatologiska tillstånd såsom högt blodtryck och hjärtsvikt. .
Tack:
Vi erkänner tacksamt det ekonomiska stödet från brasilianska byråer Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG CBB-APQ-01463-15; RED-00007-14), Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Brazil, CNPq (PQ30600 / PQ30600) 2013-0; PQ303227 / 2013-3), PRONEX, INCT-Nanobiofar (CNPq / FAPEMIG). Detta arbete stöddes av American Heart Association (14SDG19980007) och NIH beviljar R56 HL124104, P01 HL62222 och RO1 DK114663 .
