The investigation of plasticity related pathophysiological processes after cerebral ischemia using advance microscopy techniques

Beyin felci insanlarda en fazla motor fonksiyon bozukluklarına neden olan hastalıktır. Beyin felci sonrası post-iskemik fazda beynin endojen onarım mekanizmalarının etkinleştirilerek fonksiyonel olarak iyileşmesi, rehabilitasyon ve beyin plastisitesini uyaran tedaviler ile mümkün olabilmektedir. Post-iskemik fazda beyin felcinin iyileşmesi, kortikal ve subkortikal seviyede nöronal ağın yeniden organize edilmesiyle gerçekleşmektedir. Böylece fonksiyonel olmayan nöronal ağ, aktive edilip yeni bağlantılar ile güçlendirilerek hasarlı bölge çevresi ve beynin farklı bölgeleri ile iletişimi sağlanmaktadır. Beyin felci sonrasında hasarlı dokunun yeniden şekillendirilmesinde iskemik olmayan hemisferde (kontralateral) aksonal yapılanma (projeksiyon) gibi değişiklikler beynin, iskemik beyin felci sonrası oluşan yeni duruma hazırlanmasına ve fonksiyonel iyileşmeye katkıda bulunmaktadır. Daha önce bu konu ile ilgili yapılmış olan deneysel çalışmalar ipsilateral ve kontralateral hemisferlerde bu süreçlerin birbirinden bağımsız olarak geliştiğini göstermektedir. Ayrıca bu süreçlerin nasıl koordine edildiğine dair bilgiler yetersiz kalmaktadır. Bu tezin amacı kapsamında farelerde 30 dakikalık beyin felci uygulamasını takiben akut patofizyolojik değişikliklerin tamamlandıgı 3. günde sinaptik reoganizasyonların ve projeksiyonların üç boyutlu olarak belirlenmesi için hayvanların motor kortekslerine yeşil floresan ve kırmızı floresan ifade eden viral vektör enjeksiyonları yapıldı. Enjeksiyondan sonra 30. günde hayvanlar sakrifiye edilip beyinleri çıkartılarak 1 mm'lik bloklar halinde veya bütün beyin dokusu şeffaflaştırılıp, lazer taramalı konfokal mikroskop, multi foton mikroskop ve ışık perdeli mikroskop kullanılarak görüntülenerek hasar sonrası meydana gelen aksonal projeksiyonların 3 boyutlu haritalandırılması yapıldı. Sonuç olarak, şeffaflaştırma tekniğinin kullanılması ve bunun yanında viral vektör enjeksiyonlarının yapılması beyin felci patofizyolojisinin daha iyi anlaşılması, hasardan sonra meydana gelen plastisitenin kortiko spinal yolların daha iyi belirlenmesi ve son olarak geliştirilecek tedavi yöntemlerinin etkinliklerinin yorumlanmasına katkı sağlayacağı düşünülmektedir.Brain ischemia, is the leading cause of motor dysfunctions in humans. During the post-ischemic phase after brain ischemia, activation of endogenous repair mechanisms and functional recovery in the brain are achieved by the treatments promoting brain plasticity. Recovery from brain ischemia in the post-ischemic phase is achieved by the reorganization of neuronal networks in the cortical and subcortical levels. Thus, dysfunctional neuronal network is activated and enhanced by the new connections to promote the interaction between the peri-infarct zone and the different areas of the brain. In the process of remodeling of the injured tissue following brain ischemia, alterations such as axonal structuring in the non-ischemic hemisphere (contralateral) contributes to the adaptation of the brain to this new condition and to functional recovery. Previous experimental studies have shown that these processes develop independently from each other in the ipsilateral and contralateral hemispheres. Moreover, there is not enough information on how these processes are coordinated. In the scope of this thesis, to determine the 3D synaptic reorganization and projections, green and red fluorescent protein expressing viral vectors were injected at the 3rd day (when the acute pathophysiological alterations are completed) following 30 min brain ischemia in mice. Animals were sacrificed 30 days after the injection, brains were removed, 1 mm blocks of or whole brain tissue was cleared and the tissue was imaged using laser scanning confocal microscopy, multiphoton or lightsheet microscopy. Then, the axonal projections occurred after the injury was 3D mapped. In conclusion, it is believed that use of clearing technique as well as viral vector injections will help clarifying the pathophysiology of brain ischemia, identifying the corticospinal pathways of the plasticity after injury and finally interpreting the efficacy of future treatment methods