脑梗死周围组织pH改变和pH敏感PEG-尿激酶纳米凝胶对脑梗死作用机制的研究

Even when blood flow is restored after thrombolysis, there is sometimes no-flow phenomenon in cerebral infarction. The fate of ischemic cell is determined by energy state rather than cerebral blood flow. The pH value will be more appropreite for identification of salvageble penumbra. In our previous work, urokinase was allosteric through crosslinking with PEG.Our hypothesis is that pH sensitive PEG-urokinase nanogels can be released in the penumbra resulting in targeting therapy.In this study pH sensitive microelectrode will be introduced into ischemic brain tissue to evaluate the tissue pH value. A pH gradient map can be drawn.We will choose PWI/DWI mismatch region on MRI and identify the pH value of ischemic penumbra. We will synthesis pH sensitive PEG-urokinase nanogels according to pH value of the penumbra. The nanogels will be injected through internal carotid artery. Cerebral infarction volume and neurological deficit will be evaluated. Improvement of neurotoxicity will be investigated through the expression of caspase-9 and NMDA receptor. Improvement of BBB injury will be investigated through BBB permeability, expression of claudin-5 and matrix metalloproteinases.This brings a new direction for the treatment of ischemic stroke.

脑梗死溶栓治疗使血管再通后会出现无复流现象，意味着细胞能量代谢耗竭时即使恢复血流也不能得以挽救，pH值代表的细胞代谢水平比脑血流量能更准确的定义可挽救的半暗带。在前期合成的尿激酶纳米凝胶的基础上，我们提出假说：以特定pH值作为靶点控制药物释放于半暗带区，能够实现药物靶向干预。本研究拟采用pH敏感微电极绘制大鼠大脑中动脉缺血再灌注模型梗死核心周围组织pH变化梯度图。依靠核磁共振选取脑血流量降低且弥散像正常部位，明确脑梗死后半暗带区的pH值变化范围。在此基础上制备相应pH值敏感的PEG-尿激酶纳米凝胶，经脑梗死大鼠颈内动脉注射，观察其对脑梗死体积、神经功能评分的影响。以caspase-9和NMDA受体为指标明确尿激酶靶向治疗对神经元损伤的影响。通过对血脑屏障通透通透性、紧密连接蛋白claudin-5及基质金属蛋白酶表达的检测明确尿激酶靶向治疗对血脑屏障的作用。这将为急性脑梗死的治疗开拓新的方向

作为脑梗死最有效的治疗，溶栓药物存在组织特异性不强的缺点，临床应用过程中易出现出血并发症。传统观点以脑血流量来判断可挽救的脑组织，而pH值代表的细胞代谢水平更能准确定义可挽救的半暗带。本研究制备了特定pH值响应的PEG尿激酶纳米凝胶，观察其对大鼠大脑中动脉脑梗死的溶栓效果。从机制方面，研究尿激酶靶向治疗对神经元损伤的影响和对血脑屏障通透性及其机制的影响。.在本研究中，我们制备了pH5.5的PEG-尿激酶纳米凝胶，并与普通尿激酶比较，发现PEG-尿激酶纳米凝胶改构后无论在减少脑梗死体积方面还是改善神经功能缺损方面均与普通尿激酶作用相当。这一结果提示，pH5.5的PEG-尿激酶纳米凝胶仍然能够发挥其溶栓作用，并未由于改构而减少药物效能。在机制方面的研究中我们发现，PEG-尿激酶纳米凝胶能够减少大鼠梗死组织NMDA-R1和caspase-9的水平，提示其组织特异性更强。与普通尿激酶相比，PEG-尿激酶纳米凝胶能够减少MMP-9表达，增加TIMP-1表达, 其作用途径是通过调节ERK表达发挥的.但是与普通尿激酶相比，PEG-尿激酶纳米凝胶对于血脑屏障通透性的影响和脑组织含水量的影响均无明显差异，也不改变紧密连接蛋白Claudin-5的表达。这一结果提示，作为保护血脑屏障这一目前脑梗死神经保护研究的靶点之一，PEG-尿激酶纳米凝胶有调节MMP-9/TIMP-1平衡，保护血脑屏障的前景，但其作用途径尚未完全阐明。此外，目前合成的pH5.5的PEG-尿激酶纳米凝胶所释放的组织还属于缺氧相对比较严重的酸性环境，因此还需进一步研究寻找更加合适的pH值来优化PEG-尿激酶纳米凝胶的作用，实现对血脑屏障的保护。这将为提高尿激酶安全性，增加其临床应用，从而改善患者预后带来曙光。