Интегральная оценка нейропротекторных эффектов аргона при фотохимически индуцированном инсульте

Ишемический инсульт остается одной из ведущих причин смертности и длительной инвалидности во всем мире, а существующие методы лечения ограничены узкими временными окнами и низкой эффективностью. Инертные газы, в частности аргон, недавно стали перспективными нейропротекторами, способными модулировать клеточный ответ на ишемию. Однако анализ их эффектов на системном, тканевом и клеточном уровнях остается незавершенным.

Цель исследования. Интегральная оценка нейропротекторных свойств аргона как на клеточном уровне in vitro , так и в условиях фокальной церебральной ишемии у крыс in vivo .

Материалы и методы. Провели двухэтапное экспериментальное исследование, сочетающее подходы in vivo и in vitro. In vivo фокальный ишемический инсульт индуцировали у крыс с помощью модели фотохимически инициированного тромбоза. Животных с индуцированным инсультом разделили на 2 группы в зависимости от применяемой ингаляционной смеси: ингаляция N₂ 70% / O₂ 30% (группа сравнения И + iN₂, n = 10); ингаляция Ar 70% / O₂ 30% (основная группа И + iAr, n = 10). Дополнительно сформировали 3 группы. Группа ложнооперированных животных (ЛО, n = 6). Им проводили анестезию и все подготовительные процедуры без моделирования фотохимически индуцированного инсульта. Группы интактных животных получали трехкратную ингаляцию теми же газовыми смесями: Инт. + iN₂, n = 7; Инт. + iAr, n = 5. Неврологические исходы исследовали в лонгитюдном режиме с последующей количественной оценкой объема инфаркта по данным МРТ, гистологическим и иммуногистохимическим анализами (GFAP, Iba-1, S100b, каспаза-3, фактор фон Виллебранда и др.), а также вестерн-блоттингом определяли содержание белков-маркеров, участвующих в регуляции сигнальных путей (Akt/GSK-3, Nrf2, NFκB, IL-1α, IL-6, каспаза-3). In vitro культуры нейрональных (SH-SY5Y), глиальных (C6) и эндотелиальных (Ea.Hy926) клеток инкубировали в аргоново-кислородной среде в течение 24 ч. Функциональные исследования включали оценку трансмембранного потенциала митохондрий и лизосомальной активности с помощью конфокальной микроскопии.

Результаты. В in vivo эксперименте аргон значимо уменьшил объем повреждения по данным МРТ (И + iN₂ 21,5 ± 5,9 мм³ vs И + iAr 12,5 ± 4,3 мм³, p = 0,0078), улучшил неврологическое восстановление (группа И + N₂ и И + iAr: на 3-й (7,5 (4,2; 10,2) vs 10,0 (10,0; 12,0), p = 0,0015), 7-й (8,0 (6,7; 9,2) vs 10,0 (9,0; 12,2), p = 0,038) и 14-й дни исследования (4,5 (2,7; 7,2) vs 12,0 (10,7; 12,2), p = 0,0008), сохранил выраженность нейронной плотности в полутени (p = 0,001), а также ослабил активацию астроглии и микроглии. Выявили выраженное снижение экспрессии каспазы-3 (p = 0,002) и модуляцию провоспалительных цитокинов (Ila оказался значимо ниже в группе И + iAr, p = 0,002), а также активацию цитопротекторных сигнальных путей (Akt (p = 0,006) и Nrf2 (p = 0,019)). In vitro воздействие аргона увеличило долю высокопотенциальных митохондрий в нейрональных (p = 0,01) и глиальных клетках (p < 0,0001), а также значительно стимулировало лизосомальную активность в эндотелиальных клетках (p = 0,0006).

Заключение. Данное комплексное исследование демонстрирует, что аргон оказывает выраженный нейропротективный эффект в модели ишемического повреждения мозга, сопровождающийся уменьшением объема его повреждения, улучшением неврологического статуса и модуляцией ключевых молекулярных и клеточных звеньев механизмов повреждения. Полученные данные указывают на способность аргона активировать защитные процессы. Аргон может рассматриваться как перспективный и безопасный кандидат для дальнейших доклинических и клинических исследований в области нейропротективной терапии.

1. Hilkens N. A., Casolla B., Leung T. W., de Leeuw F.-E. Stroke. The Lancet. 2024; 403 (10446): 2820–2836. DOI: 10.1016/S0140-6736 (24)00642-1. PMID: 38759664.

2. Yang S., Zhao K., Xi H., Xiao Z., Li W., Zhang Y., Fan Z., et al. Nomogram to predict the number of thrombectomy device passes for acute ischemic stroke with endovascular thrombectomy. Risk Manag Healthc Policy. 2021; 14: 4439–4446. DOI: 10.2147/RMHP.S317834.

3. Haupt M., Gerner S. T., Bähr M., Doeppner T. R. Neuroprotective strategies for ischemic stroke-future perspectives. Int J Mol Sci. 2023; 24 (5): 4334. DOI: 10.3390/ijms24054334. PMID: 36901765.

4. Bao L., Liu Y., Jia Q., Chu S., Jiang H., He S. Argon neuroprotection in ischemic stroke and its underlying mechanism. Brain Res Bull. 2024; 212: 110964. DOI: 10.1016/j.brainresbull.2024.110964. PMID: 38670471.

5. Xue K., Qi M., She T., Jiang Z., Zhang Y., Wang X., Wang G., et al. Argon mitigates post-stroke neuroinflammation by regulating M1/M2 polarization and inhibiting NF- B/NLRP3 inflammasome signaling. J Mol Cell Biol. 2023; 14 (12): mjac077. DOI: 10.1093/jmcb/mjac077. PMID: 36574951.

6. Scheid S., Goebel U., Ulbrich F. Neuroprotection Is in the air-inhaled gases on their way to the neurons. Cells. 2023; 12 (20): 2480. DOI: 10.3390/cells12202480. PMID: 37887324.

7. Tong M. N., Li X., Cheng J., Jiang Z. L. Developments in the study of inert gas biological effects and the underlying molecular mechanisms. Int J Mol Sci. 2025; 26 (15): 7551. DOI: 10.3390/ijms26157551. PMID: 40806678.

8. Liu J., Veldeman M., Höllig A., Nolte K., Liebenstund L., Willuweit A., Langen K. J., et al. Post-stroke treatment with argon preserved neurons and attenuated microglia/macrophage activation longtermly in a rat model of transient middle cerebral artery occlusion (tMCAO). Sci Rep. 2022; 12 (1): 691. DOI: 10.1038/s41598-021-04666-x. PMID: 35027642.

9. Ma S., Chu D., Li L., Creed J. A., Ryang Y. M., Sheng H., Yang W., et al. Argon inhalation for 24 hours after onset of permanent focal cerebral ischemia in rats provides neuroprotection and improves neurologic outcome. Crit Care Med. 2019; 47 (8): e693-e699. DOI: 10.1097/CCM.0000000000003809. PMID: 31094741.

10. Loetscher P. D., Rossaint J., Rossaint R., Weis J., Fries M., Fahlenkamp A., Ryang Y.-M., et al. Argon: neuroprotection in vitro models of cerebral ischemia and traumatic brain injury. Crit. Care. 2009; 13 (6): R206. DOI: 10.1186/cc8214. PMID: 20017934.

11. He J., Xue K., Liu J. Gu J.-H., Peng B., Xu L., Wang G., et al. Timely and appropriate administration of inhaled argon provides better outcomes for tMCAO mice: a controlled, randomized, and doubleblind animal study. Neurocrit Care. 2022; 37 (1): 91–101. DOI: 10.1007/s12028-022-01448-9. PMID: 35137354.

12. Боева Е. А., Силачев Д. Н., Якупова Э. И., Милованова М. А., Варнакова Л. А., Калабушев С. Н., Денисов С. О., с соавт. Изучение нейропротективного эффекта ингаляции аргон-кислородной смеси после фотоиндуцированного ишемического инсульта. Общая реаниматология. 2023; 19 (3): 46–53. DOI: 10.15360/1813-9779-2023-3-46-53.

13. De Ryck M., Van Reempts J., Borgers M., Wauquier A., Janssen P. A. Photochemical stroke model: flunarizine prevents sensorimotor deficits after neocortical infarcts in rats. Stroke. 1989; 20 (10): 1383–1390. DOI: 10.1161/01.str.20.10.1383. PMID: 2799870.

14. Jolkkonen J., Puurunen K., Rantakömi S., Härkönen A., Haapalinna A., Sivenius J. Behavioral effects of the alpha (2)-adrenoceptor antagonist, atipamezole, after focal cerebral ischemia in rats. Eur J Pharmacol. 2000; 400 (2-3): 211–219. DOI: 10.1016/s0014-2999 (00)00409-x. PMID: 10988336.

15. Schallert T., Fleming S. M., Leasure J. L., Tillerson J. L., Bland S. T. CNS plasticity and assessment of forelimb sensorimotor outcome in unilateral rat models of stroke, cortical ablation, parkinsonism and spinal cord injury. Neuropharmacology. 2000; 39: 777–87. DOI: 10.1016/s0028-3908 (00)00005-8. PMID: 10699444.

16. Silachev D. N., Uchevatkin A. A., Pirogov Y. A., Zorov D. B., Isaev N. K. Comparative evaluation of two methods for studies of experimental focal ischemia: magnetic resonance tomography and triphenyltetrazoleum detection of brain injuries. Bull Exp Biol Med. 2009; 147 (2): 269–72. DOI: 10.1007/s10517-009-0489-z. PMID: 19513437.

17. Бочарников А. Д., Боева Е. А., Милованова М. А., Антонова В. В., Якупова Э. И., Гречко А. В. Оценка нейропротективных свойств анестетиков на моделях повреждения мозга. Общая реаниматология. 2024; 20 (2): 65–69. DOI: 10.15360/1813-9779-2024-2-65-69.

18. Liu J., Nolte K., Brook G., L., A., A., M., et al. Post-stroke treatment with argon attenuated brain injury, reduced brain inflammation and enhanced M2 microglia/macrophage polarization: a randomized controlled animal study. Crit Care. 2019; 23 (1): 198. DOI: 10.1186/s13054-019-2493-7. PMID: 31159847.

19. Chen B. H., Ahn J. H., Park J. H., Shin B. N., Lee Y. L., Kang I. J., Hong S., et al. Transient cerebral ischemia alters GSK-3β and p-GSK-3β immunoreactivity in pyramidal neurons and induces p-GSK-3β expression in astrocytes in the gerbil hippocampal CA1 Area. Neurochem Res. 2017; 42 (8): 2305–2313. DOI: 10.1007/s11064-017-2245-5.

20. Li Y., Zhu J., Liu Y., Chen X., Lei S., Li L., Jiang B., et al. Glycogen synthase kinase 3β influences injury following cerebral ischemia/reperfusion in rats. Int J Biol Sci. 2016; 12 (5): 518–531. DOI: 10.7150/ijbs.13918. PMID: 27019634.

21. Li M., Gao W. W., Liu L., Gao Y., Wang Y. F., Zhao B., et al. The Akt/glycogen synthase kinase-3β pathway participates in the neuroprotective effect of interleukin-4 against cerebral ischemia/reperfusion injury. Neural Regen Res. 2020; 15 (9): 1716–1723. DOI: 10.4103/1673-5374.276343. PMID: 32209778.

22. Liu T.,, Li X,, Zhou X., Chen W., Wen A., Liu M., Ding Y. PI3K/AKT signaling and neuroprotection in ischemic stroke: molecular mechanisms and therapeutic perspectives. Neural Regen Res. 2025; 20 (10): 2758–2775. DOI: 10.4103/NRR.NRR-D-24-00568. PMID: 39435629.

23. Merigo G., Florio G., Madotto F., Magliocca A., Silvestri I., Fumagalli F., Cerrato M., Motta F., et al. Treatment with inhaled argon: a systematic review of pre-clinical and clinical studies with meta-analysis on neuroprotective effect. EBioMedicine. 2024; 103: 105143. DOI: 10.1016/j.ebiom.2024.105143. PMID: 38691938.

24. Hao Y., Xin M., Feng L., Wang X., Wang X., Ma D., Feng J. Review cerebral ischemic tolerance and preconditioning: methods, mechanisms, clinical applications, and challenges. Front Neurol. 2020; 11: 812. DOI: 10.3389/fneur.2020.00812. PMID: 33071923.

25. Zhao H., Mitchell S., Ciechanowicz S., Savage S., Wang T., Ji X., Ma D. Argon protects against hypoxic-ischemic brain injury in neonatal rats through activation of nuclear factor (erythroid-derived 2)-like 2. Oncotarget. 2016; 7 (18): 25640–25651. DOI: 10.18632/oncotarget.8241. PMID: 27016422.

26. Liu F., Lu J., Manaenko A., Tang J., Hu Q. Mitochondria in ischemic stroke: new insight and implications. Aging Dis. 2018; 9 (5): 924. DOI: 10.14336/AD.2017.1126. PMID: 30271667.

27. Liu B.-H., Xu C.-Z., Liu Y., Lu Z.-L., Fu T.-L., Li G.-R., Deng Y., et al. Mitochondrial quality control in human health and disease. Mil Med Res. 2024; 11 (1): 32. DOI: 10.1186/s40779-024-00536-5. PMID: 38812059.

28. Jurcau A., Ardelean A. I. Oxidative stress in ischemia/reperfusion injuries following acute ischemic stroke. Biomedicines. 2022; 10 (3): 574. DOI: 10.3390/biomedicines10030574. PMID: 35327376.

29. Wang S., Long H., Hou L., Feng B., Ma Z., Wu Y., Zeng Y., et al. The mitophagy pathway and its implications in human diseases. Signal Transduct Target Ther. 2023; 8 (1): 304. DOI: 10.1038/s41392-023-01503-7. PMID: 37582956.