Nanoparçaya Yüklenmiş Farnesiltiosalisilik Asit’in Kafa Travması Modelinde Nöroprotektif ve Antiödem Etkilerinin İncelenmesi

Introduction & Objectives: Traumatic brain injury is the most frequently seen cause of death and severe morbidity among young population. Primary injury occurs as a result of post traumatic injury and in acute phase, mechanical tissue disruption, necrotic cell death, vascular injury, and axonal injury take place. The continuation of the primary injury within this period triggers a series of events which cause secondary injury. Accompanying the secondary injury, an increase in the derivatives of oxygen, apoptosis which is caused by the activation of transmitters like neurotoxic glutamate and intra- and extracellular mechanisms such as RAS/RAF/ERK/MAPK, necrosis and inflammation occur. For this reason, within days or weeks, functional and neurocognitive deficits happen. Previous studies in the literature that were carried out with the use of FTS for the prevention of secondary injury showed that FTS has positive effects on neuroprotection. The aim of this study is to apply Farnesylthiosalicylic acid (FTS), a RAS/MAPK inhibitor in experimental mice brain injury model, and investigate its effects on secondarily emergent neurocognitive disorder, contusion and cerebral edema. Materials & Methods: In this study, a total number of 25 male Swiss albino mice were used and with weight-drop model and under isoflurane anesthesia a close head injury was generated. As for the trauma volume, a moderate volume trauma was opted (67 gr, 7.5 cm). Those 25 mice in total were divided into 5 groups. One of the groups was sham surgery group. The other groups were designated as trauma groups. The control group was induced trauma only. One of the groups was given FTS after trauma, the other group FTS loaded on HNP and the last group solely HNP. Chemicals that mentioned before were given to the groups excluding the sham and control groups an hour after the trauma. The neurological assessments of all the groups at the end of the 24th hour and the 5th day were made by mNSS. After the neurological evaluation on the 5th day, all the groups had cranial MRI scan. Later, all the brains having sacrificed were painted with TTS and the infarct areas were examined. Findings: When ΔmNSS scores were compared at the end of the medical examinations performed on the 1st and 5th day, ΔmNSS scores were calculated as 1.2 ± 0,44 on the average for the control group, 2,8 for FTS applied group, 4,2 ±0,44 for FTS+HNP applied group, and 0,6 ±0,54 for the HNP group (vehicle). Compared to the control group, the neurological improvement in the FTS+HNP applied group had statistical significance (p=0,008). The neurological improvement in the FTS applied group did not have statistical significance compared to the control group (p=0,056). In comparison with the FTS applied group, the neurological improvement wasn’t found to be statistically significant, either (p=0,095). When the contusion volumes in MRI were examined, it was seen that the contusion volume in the FTS+HNP applied group was %70 smaller compared to the control group and statistically significant (p=0,008), and the contusion volume in the FTS applied group was found to be %53 smaller compared to the control group and have statistical significance. As a result of the comparison between the FTS+HNP group and FTS applied group, it was seen that the application of FTS loaded on nanoparticle didn’t have a statistical superiority to the stand alone use of FTS (p=0,151). Finally, the brains of the sacrificed animals treated with TTS after slicing process were inspected and compared to the control group, a %60 smaller infarct area was observed in the FTS+HNP applied group, which had statistical significance (p=0,008), and in comparison with the control group, the infarct volume in the FTS applied group was %45 smaller and statistically significant (0,008). The application of FTS loaded on HNP was seen to have reduced the infarct volume in comparison to the mere application of FTS but the reduction didn’t have statistical significance (p=0,095). Conclusion: For moderate traumatic brain injury, the use of FTS loaded on nanoparticle resulted in neurological improvement, radiological reduction of contusion volumes in MRG and shrinking of infarct areas ensued from contusion. Administration of FTS loaded nanoparticle after traumatic brain injury is a novel approach to effectively reduce secondery brain injury.İÇİNDEKİLER TEŞEKKÜR i ABSTRACT v İÇİNDEKİLER viii 1. GİRİŞ 1 2. GENEL BİLGİLER 3 2.1. Travmatik Beyin Hasarı: Epidemiyoloji 3 2.2. Travmatik beyin hasarının türleri ve sınıflamalar 5 2.3. Travmatik beyin hasarı: klinik bulgular, tanı, tedavi ve prognoz 7 2.3.1. Fokal beyin hasarı 7 2.3.1.1. Kontüzyon 8 2.3.1.2. Travmatik İntrakraniyal Hematomlar 8 2.3.1.2.1 Epidural hematom 8 2.3.1.2.1. Subdural Hematom 9 2.3.1.2.3. İntraserebral hematom: 10 2.3.2. Diffüz Beyin Hasarı 11 2.3.2.1. Konküzyon 11 2.3.2.2. Diffüz aksonal hasar 11 2.4. Travmatik beyin hasarının mekanizması 12 2.4.1. Primer hasar 13 2.4.2. Sekonder hasar 16 2.5. Travmatik beyin hasarının spesifik patofizyolojisi 18 2.5.1. Serebral kan akımı, hipoperfüzyon, hiperperfüzyon 18 2.5.1.1. Hipoperfüzyon fazı (faz 1, gün 0) 18 2.5.1.2. Hiperperfüzyon fazı (faz 2, gün 1-3) 19 2.5.1.3. Vazospazm fazı (faz 3, gün 4-15) 19 2.5.2 Serebrovasküler otoregülasyon ve CO2 reaktivitesi 20 2.5.3. Serebral vazospazm 20 2.5.4 Serebral metabolik fonksiyon bozukluğu 21 2.5.5. Serebral oksijenasyon 23 2.5.6. Eksisotoksisite ve oksidatif stres 23 2.5.7. Ödem 24 2.5.8 Enflamasyon 24 2.5.9. Nekroz ve apoptoz 25 2.5.10. Post-travmatik intrakraniyal basınç (IKB) 25 2.6. Santral sinir sistemi travmalarında protein kinaz sinyal yolakları 28 2.6.1 Travma ile aktifleşen protein kinazlar 28 2.6.1.1. Mitogen activated protein kinase (MAPK) 29 2.6.1.2. Protein Kinaz B (PKB, Akt) 32 2.6.1.3. Glikojen sentaz kinaz-3 (GSK-3) 33 2.6.2. Santral sinir sistemi travması sonrası in-vitro olarak yapılan protein kinaz çalışmaları 34 2.6.3. Travma ile artan ATP salınımı ile meydana gelen protein kinaz aktivasyonu 34 2.6.4. Gelecek tedavi yaklaşımları 35 2.7. RAS inhibitörü farnesiltyosalisilik asit (FTS) 36 2.7.1. Genel bilgiler 36 2.7.2. TBH ve FTS 39 2.7.3. Hibrit nanopartikül (HNP) 40 3. GEREÇ VE YÖNTEM 41 3.1. Deney hayvanları ve barınma koşulları 41 3.2. Deney grupları ve protokol 41 3.3. Anestezi ve yaşamsal bulguların takibi: 44 3.4. Kafa travmasının oluşturulması 44 3.5. Hibrit Nanopartiküllerin (HNP) Hazırlanması 45 3.6. Nörolojik değerlendirme 46 3.7. Radyolojik değerlendirme 48 3.7 Tetrazolium (TTS) ile değerlendirme 49 3.8. Sakrifikasyon ve beyinlerin çıkarılması, kesitlerin alınması 50 3.9. İstatistik Değerlendirme 50 4. Bulgular 51 4.1. Kafa travmasının şiddeti 51 4.2. Nörolojik muayene sonuçları (mNSS) 51 4.3. Radyolojik bulgular 54 4.4. Tetrazolium (TTS) ile değerlendirme 56 5. TARTIŞMA 58 6. SONUÇ 63 7. KAYNAKLAR 64Giriş ve amaç: Travmatik beyin hasarı genç populasyonda en sık görülen ölüm ve ciddi morbidite sebebidir. Travma sonrası alınan darbe ile birincil hasar oluşur ve akut dönemde mekanik doku deformasyonu, nekrotik hücre ölümü, vasküler yaralanma, aksonal yaralanma meydana gelir. Birincil hasarın devamı süreçte ikincil hasara neden olacak bir dizi olayı tetkikler. İkincil yaralanma ile reaktif oksijen türevlerinin artması,nörotoksik glutamat gibi transmitterlerin RAS/RAF/ERK/MAPK gibi hücre içi ve hücre dışı mekanizmaların aktivasyonuna bağlı apoptoz, nekroz ve inflamasyon meydana gelmektedir. Bu nedenle günler ve haftalar içerisinde fonksiyonel ve nörokognitif kayıplar oluşmaktadır. İkincil hasarın önlenmesine yönelik daha önce literatürde mevcut olan FTS ile yapılan çalışmalarda FTS’nin nöroproteksiyon üzerine olumlu etkileri gösterilmiştir. Bu çalışmanın amacı deneysel fare travmatik beyin hasarı modelinde bir RAS/MAPK yolu inhibitörü olan Farnesiltiosalisilikasit’in (FTS) birinci saate uygulanması ve ikincil olarak gelişen nörokognitif bozukluk, kontüzyo, beyin ödemi üzerine etkilerinin incelenemesi Gereç ve Yöntem: Çalışmada toplam 25 adet erkek Swiss albino fare kullanılmış ve ağırlık düşürme modeli ile izofloran anestezisi altında kapalı kafa travması oluşturulmuştur. Travma şiddeti olarak orta şiddette kafa travması seçilmiştir (67 gr, 7.5 cm). Toplam 25 adet fare 5 gruba ayrılmıştır. Gruplardan biri cerrahi sham grubudur. Diğer 4 grup ise travma grubu olarak ayrılmıştır. Kontrol grubuna sadece travma uyglanmıştır. Gruplardan birine travma sonrası FTS, birine HNP’ye yüklenmiş FTS ve sonuncusunada sadece HNP verilmiştir. Sham ve kontrol grubu hariç diğer gruplara belirtilen kimyasallar travmadan bir sat sonra verilmiştir. Tüm grupların 24. Saatte ve 5. Gün sonunda nörolojik değerlendirmeleri mNSS ile yapılmıştır. 5. Gün nörolojik değerlendirme sonrasında Tüm gruplara kranial MRG çekilmiştir. Daha sonra sakrifiye edilerek tüm beyinler TTS ile boyanarak enfarkt alanları incelenmiştir. Bulgular: 1. Gün ve 5. gün yapılan nörolojik muayeneler sonucunda ΔmNSS skoları karşılaştırıldığında kontrol grubunda ΔmNSS skoru ortalama 1.2 ± 0,44, sadece FTS verilen grupta 2,8, FTS + HNP verilen grupta 4,2 ±0,44 ve sadece HNP (taşıyıcı) verilen grupta ise ortalama 0,6 ±0,54 olarak hesaplanmıştır. FTS + HNP verilen gruptaki nörolojik düzelme kontrol grubu ile muakeyese edildiğinde istatistikel olarak anlamlıdır (p=0,008). Tek başına FTS verilen gruptata ise kontrol grubuna göre nörolojik düzelme istatistiksel olarak anlamlı bulunamamıştır (p=0,056). HNP + FTS verilen grubta ise nörolojik düzelme sadece FTS verilen gruba göre anlamlı bulunmamıştır (p=0,095). MRG’deki kontüzyo volümleri incelendiğinde kontrol grubuna göre FTS+HNP verilen grupta kontüzyo volümünün %70 daha küçük olduğu görülmüştür ve istatistiksel olarak anlamlıdır (p=0,008), sadece FTS verilen grupta ise kontrol grubuna göre kontüzyo volümü %53 daha küçük bulunmuştur ve istatistiksel olarak anlamlıdır. FTS+HNP grubu ile sadece FTS verilen gruplar karşılaştırıldığında ise FTS’nin nanoparçaya yüklenerek verilmesinin sadece FTS verilmesine göre istatistiksel olarak üstün olmadığı görülmüştür (p=0,151). Son olarak sakrifiye edilen hayvanların beyinleri slicing işlemi sonrası TTS ile muamele edilerek incelenmiş olup FTS+HNP verilen grupta kontrol grubuna göre %60 daha küçük enfarkt alanı izlenmiş olup istatistiksel olarak anlamlıdır (p=0,008), sadece FTS verilen grupta kontrol grubuna göre enfarkt volümü %45 daha küçüktür ve anlamlıdır (p=0,008). FTS’nin HNP’ye yüklerek verilmesinin tek başına FTS verilmesine göre enfarkt alanını küçültüğü fakat bu küçülmenin istatistiksel olarak anlamlı olmadığı görülmüştür (p=0,095). Sonuç: Orta şiddette kafa travmasında FTS’nin nanoparçaya yüklenerek verilmesinin nörolojik düzelme, MRG’de radyolojik olarak kontüzyo volümlerinde küçülmeye ve kontüzyoya bağlı enfarkt alanlarının belirgin olarak küçülmesini sağlamıştır. Bu nedenle FTS’nin nanoparçaya yüklenerek verilmesinin kafa travması sonrası ortaya çıkan sekonder hasarının etkin olarak tedavisinde kullanılabilecek yeni bir tedavi yöntemi olarak umut vaat etmektedir