Molecular mechanisms of the opening of the blood-brain barrier in rodents by means of sound

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

In this study, in experiments on 35 healthy male mice of the C57BL/6 line weighing 25±3 g, it was shown that loud sound/music for 2 hours causes a temporary increase in the permeability of the blood-brain barrier (BBB) in rodents. To investigate changes in the permeability of the blood-brain barrier, the molecular mechanisms responsible for its discovery were investigated using laser speckle-contrast imaging of regional cerebral blood fl ow (rCBF), immunohistochemical analysis and biochemical analysis of adrenaline in blood plasma. With a sound-dependent increase in the permeability of the blood-brain barrier, there was a decrease in signal intensity from CLND-5, Occ, JAM and an increase in the signal from ZO-1. However, after 4 hours, the signal intensity from the studied proteins was restored, which may be due to their internalization. The results of the study of the eff ects of music and sound on of BBB in the intact brain require a revision of traditional knowledge about the barrier functions of the brain and open up new opportunities for non-invasive drug delivery strategies. They also may off er some insight into the etiology of brain disorders that follow inadvertent or deliberate exposure to very loud sounds, i.e. battle or rock concerts.

About the authors

Elena I. Sarantseva

Saratov State University

83, Astrakhanskaya str., Saratov, 410012, Russia

Tatyana D. Iskra

Saratov State University

83, Astrakhanskaya str., Saratov, 410012, Russia

Oksana V. Semyachkina-Glushkovskaya

Saratov State University

83, Astrakhanskaya str., Saratov, 410012, Russia

References

  1. Ronaldson P., Davis T. Regulation of blood–brain barrier integrity by microglia in health and disease: A therapeutic opportunity // J. Cereb. Blood Flow Metab. 2020. Vol. 40. P. 10–12. https://doi.org/10.1177/0271678X20951995
  2. Banks W. From blood-brain barrier to blood-brain interface: New opportunities for CNS drug delivery // Nature. 2016. Vol. 15. P. 46–74. https://doi.org/10.1038/nrd.2015.21
  3. Wu S., Li K., Yan Y., Gran B., Han Y., Zhou F., Guan Y., Rostami A., Zhang G. Intranasal Delivery of Neural Stem Cells: A CNS-specifi c, Non-invasive Cell-based Therapy for Experimental Autoimmune Encephalomyelitis // J. Clin. Cell. Immunol. 2013. Vol. 4, iss. 3. PMID: 24244890. https://doi.org/10.4172/2155-9899.1000142
  4. Semyachkina-Glushkovskaya O., Kurths J., Borisova E., Sokolovsky S., Mantareva N., Angelov I., Shirokov A., Navolokin N., Shushunova N., Khorovodov A., Ulanova M., Sagatova M., Ahranovich I., Sindeeva O., Gekalyuk A., Bordova A., Rafailov E. Photodynamic opening of blood-brain barrier // BOE. 2017. № 8 (11). P. 5040–5048. https://doi.org/10.1364/BOE.8.005040
  5. Gill S., Patel N., Hotton G., O’Sullivan K., McCarter R., Bunnage M., Brooks D., Svendsen C., Heywood P. Direct brain infusion of glial cell line-derived neurotrophic factor in Parkinson disease // Nat. Med. 2003. Vol. 9. P. 589–595. https://doi.org/10.1038/nm850
  6. Kiviniemi V., Korhonen V., Kortelainen J., Rytky S., Keinänen T., Tuovinen T., Isokangas M., Sonkajärvi E., Siniluoto T., Nikkinen J., Alahuhta S., Tervonen O., Turpeenniemi-Hujanen T., Myllylä T., Kuittinen O., Voipio J. Real-time monitoring of human blood-brain barrier disruption // PLoS One. 2017. Vol. 12, iss. 3. P. 1–16. https://doi.org/10.1731
  7. Lipsman N., Meng Y., Bethune A., Huang Y., Lam B., Masellis M., Herrmann N., Heyn C., Aubert I., Boutet A., Smith G. S., Hynynen K., Black S. E. Blood–brain barrier opening in Alzheimer’s disease using MRguided focused ultrasound // Nat. Commun. 2018. Vol. 9. P. 2336. https://doi.org/10.1038/s41467-018-04529-6
  8. Wang H. L., Lai T. W. Optimization of Evans blue quantitation in limited rat tissue samples // Sci. Rep. 2014. Vol. 4. P. 1–7. https://doi.org/10.1038/srep06588
  9. Yisong Q., Tingting Yu., Jianyi X., Peng W., Yilin M., Jingtan Z., Yusha L., Gong H., Luo Q., Zhu D. FDISCO: Advanced solvent-based clearing method for imaging whole organs // Sci. Adv. 2019. Vol. 5. P. eaau8355. https://doi.org/10.1126/sciadv.aau8355
  10. Abdurashitov A., Lychagov V., Sindeeva O., Semyachkina-Glushkovskaya O., Tuchin V. Histogram analysis of laser speckle contrast image for cerebral blood fl ow monitoring // Front. Optoelectron. 2015. Vol. 8, iss. 2. P. 187–194. https://doi.org/10.1007/s12200-015-0493-z
  11. Roszkowski M., Bohacek J. Stress does not increase blood-brain barrier permeability in mice // Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 2016. Vol. 36, № 7. P. 43–46. https://doi.org/10.1177/0271678X16647739
  12. Bryan R. M. Cerebral blood fl ow and energy metabolism during stress // Am. J. Physiol . 1990. Vol. 259. P. 269– 280. https://doi.org/10.1152/ajpheart. 1990. 259.2.H269
  13. Matter K., Balda M. S. Signalling to and from tight junctions // Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 2003. Vol. 4, № 3. P. 225–236. https://doi.org/10.1038/nrm1055
  14. Ghosh C., Gonzalez-Martinez J., Hossain M., Cucullo L., Fazio V., Damir Janigro D., Marchi N. Pattern of P450 expression at the human blood–brain barrier: Roles of epileptic condition and laminar fl ow // Epilepsia. 2010. Vol. 51. P. 1–3. https://doi.org/10.1111/j.1528-1167.2009.02428.x
  15. Hara M. R., Kovacs J. J., Whalen E. J. A stress response pathway regulates DNA damage through β2- adrenoreceptors and β-arrestin-1 // Nature. 2011. Vol. 477, № 7364. P. 349–353. https://doi.org/10.1038/nature10368
  16. Kanki H., Sasaki T., Matsumura S., Satoru Yokawa S., Yukami T , Munehisa Shimamura M., Manabu Sakaguchi M., Furuno T., Suzuki T., Mochizuki H. β-arrestin-2 in PAR-1-biased signaling has a crucial role in endothelial function via PDGF-β in stroke // Cell Death and Disease. 2019. Vol. 10, № 2. P. 456–459. https://doi.org/10.1038/s41419-019-1375-x
  17. Soh U. J. K., Trejo J. A. Activated protein C promotes protease-activated receptor-1 cytoprotective signaling through β-arrestin and dishevelled-2 scaffolds // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2011. Vol. 108, № 50. P. 1372–1380. https://doi.org/10.1073/pnas.1112482108

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».