A prenatális ultrahang hatása a fejlődő idegsejtek morfológiájára

The effect of prenatal ultrasound on the morphology of developing neurons

Dr. Winkler-Ferenczi, Zsuzsanna

Dr. Papp, Tamás

Idegtudományok doktori iskola

Általános Orvostudományi Kar

Ferenczi, Zsuzsanna

2025-03-31T12:17:20Z

2025-03-31T12:17:20Z

2025

2025-04-24

ultrahang, dendrit, egér, embrió, hippocampus, piramissejt / ultrasound, dendrite, mouse, embryo, hippocampus, pyramidal cell

Klinikai orvostudományok

Orvostudományok

Az idegrendszer fejlődése különböző, dinamikusan változó faktorok szabályozása alatt áll, melyek nélkülözhetetlenek ahhoz, hogy a neuronok szabályosan működő hálózatot alakítsanak ki. Ehhez belső és külső, mechanikai és kémiai faktorok precíz koordinációjára egyaránt szükség van. Külső fizikai stimulusok potenciálisan változást hozhatnak létre az idegsejtek fejlődésének korai szakaszában, azonban ezen hatások közép- és hosszú távú következményeinek megismeréséhez vélhetően további, széles körű kutatásokra lesz szükség. Bár napjainkra bizonyítást nyert, hogy az ultrahang rövid távon hatással bír az idegsejtek aktivitására és migrációjára, annak hosszú távú hatásai mindezidáig nem voltak ismertek. Jelenleg nincs egyértelmű bizonyíték arra vonatkozóan, hogy a 3-5 MHz frekvenciájú ultrahang, melyet gyakran alkalmaznak a szülészet-nőgyógyászatban, káros hatással bírna a fejlődő agyra, mindazonáltal ismert tény, hogy mérsékelt változások létrejöttét okozhatja, melyek funkcionális változások bekövetkezéséhez vezethetnek. Kutatásunk első szakaszában egy transzgenikus egér modellt alkalmaztunk a 3 MHz-es ultrahang fejlődő agyra gyakorolt hatásainak tanulmányozása céljából. A 14,5. embrionális napon (E14.5) az embriókat egyszeri, rövid (10 perces) ultrahang stimulusnak tettük ki, a paraméterek megegyeztek a magzati ultrahang diagnosztikában alkalmazottakkal. Az egerek retrosplenialis kérgében az 5. réteg neuronjait megjelenésük időpontjában (E14.5) zöld és piros fluoreszcens fehérjékkel jelöltük meg in utero elektroporáció segítségével. Az 5. rétegbe történő várható megérkezésük időpontjában (E18.5) az idegsejteket 3 MHz frekvenciájú ultrahang stimulusnak tettük ki, az emberi prenatális diagnosztikában alkalmazott paraméterekkel. A születés utáni 3. napon (P3) a megjelölt idegsejtek morfometriai analízisen estek át, melyhez a Neurolucida szoftvert használtuk. Eredményeink alapján az alacsony intenzitású, magas frekvenciájú ultrahangnak kitett sejtek esetében szignifikánsan növekedett a dendritek elágazása és a c-Fos immunreaktivitás a nem stimulált (kontroll) csoporthoz képest. Mindemellett a 18,5. napon az ultrahangnak kitett sejtek immun pozitivitást mutattak egy mechanoszenzitív receptorra, a TRPC4-re, mely alapján felmerül, hogy ezen receptor és a hozzá köthető jelátviteli útvonalak részt vesznek az ultrahang stimulus hatásainak közvetítésében. Kutatásunk második szakaszában, melynek során a hippocampusban létrejövő, repetitív magzati ultrahang által kiváltott morfológiai változások feltérképezését tűztük ki célul, szintén egy állatmodellt alkalmaztunk. A morfológiai jellemzők vizsgálatához a hippocampus CA1 idegsejtjeit szelektíven megjelöltük in utero elektroporáció segítségével. Eredményeink szerint az ultrahang stimulus szignifikáns változást idéz elő a bazális dendritfa több tulajdonságában. Eredményeink alapján lehetségesnek tartjuk, hogy az ultrahang által a CA1 neuronok dendritfájában létrehozott változások a dendritek által megnövekedett mennyiségű jel felvételét eredményezhetik. Neuronal development is governed by various dynamic factors that are essential for establishing functional networks. Precise coordination of intrinsic and extrinsic mechanical and chemical factors is required. External physical stimuli may influence the early stages of neuronal development. However, the medium- and long-term consequences of these influences require further comprehensive investigation. Although it is well established that ultrasound exposure can acutely affect neuronal activity and migration, the potential risks of repeated or prolonged exposure remain unclear. Currently, there is no conclusive evidence that ultrasound, commonly used in obstetric and gynecological practice (3-5 MHz), is harmful to the developing brain. However, it is known that it may induce moderate changes that could lead to functional alterations. In the first part of our study, we utilized a transgenic mouse model to investigate the neurobiological effects of 3 MHz ultrasound on the developing brain. On embryonic day 14.5 (E14.5), embryos were exposed to a brief (10-minute), single-dose, high-frequency ultrasound using parameters akin to those used in human fetal ultrasound imaging. At their emergence (E14.5), layer 5 neurons in the retrosplenial cortex of mouse embryos were labeled with green and red fluorescent proteins via in utero electroporation. When they were expected to reach layer 5 (E18.5), ultrasound stimulation was conducted using parameters consistent with those employed in prenatal examinations for humans. At postnatal day 3 (P3), the labeled neurons underwent morphometric analysis using Neurolucida software. Our findings showed that neurons exposed to low-intensity, 3 MHz ultrasound exhibited a significant increase in dendritic branching and c-Fos immunoreactivity compared to non-stimulated cells. Furthermore, at E18.5, the examined ultrasound-treated neurons displayed immunopositivity for TRPC4, a mechanosensitive receptor, implying that this receptor and its associated signaling pathways may contribute to the effects of ultrasound stimulation. In the second part of our study, we employed an animal model to examine the morphological changes in the hippocampus induced by repetitive fetal ultrasound exposure. CA1 neurons of the hippocampus were selectively labeled using in utero electroporation to analyze their morphological characteristics. Ultrasound exposure induced significant alterations in several morphological properties of the basal dendritic tree. Our findings suggest that ultrasound-induced changes in the dendritic trees of CA1 pyramidal neurons may lead to increased synaptic input.

magyar

PhD, doktori értekezés

application/pdf

application/pdf

application/pdf

application/pdf

65

application/pdf

application/pdf

application/pdf

application/pdf

https://hdl.handle.net/2437/388746