|
Combined neuroprotective strategies on global ischemic models
|
Help
Print
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
|
Details of project |
|
|
Identifier |
105077 |
Type |
K |
Principal investigator |
Toldi, József |
Title in Hungarian |
Kombinált neuroprotekciós eljárások globális ischemia modelleken |
Title in English |
Combined neuroprotective strategies on global ischemic models |
Keywords in Hungarian |
globális ischemia, neuroprotekció, posztkondícionálás, molekuláris háttér-mechanizmusok, glutamát scavenging |
Keywords in English |
global ischemia, neuroprotection, postconditioning, underlying molecular mechanisms, glutamate scavenging |
Discipline |
Molecular and cellular neuroscience (Council of Medical and Biological Sciences) | 80 % | Ortelius classification: Neurobiology | Biological basis of neurological and psychiatric disorders (Council of Medical and Biological Sciences) | 10 % | Ortelius classification: Neurophysiology | Experimental pharmacology, drug discovery and design (Council of Medical and Biological Sciences) | 10 % | Ortelius classification: Pharmacy |
|
Panel |
Neurosciences |
Department or equivalent |
Department of Physiology, Anatomy and Neuroscience (University of Szeged) |
Participants |
Farkas, Tamás Gellért, Levente Herédi, Judit Kis, Zsolt Knapp, Levente Kocsis, Kitti Krizbai, István Adorján Menyhárt, Ákos Oláh, Gáspár Szabó, József Vécsei, László
|
Starting date |
2013-01-01 |
Closing date |
2017-06-30 |
Funding (in million HUF) |
26.880 |
FTE (full time equivalent) |
8.83 |
state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára. A kutatás elsődleges célja a neuroprotekció lehetőségeinek és mechanizmusának tanulmányozása agyi globális ischemiás modelleken (2VO és 4VO) 1) posztkondícionálással valamint kombinált kezeléssel: 2) posztkondícionálás + tranziens NMDA receptor blokkoló kinurénsav-származék vagy 3) glutamát (Glu) scavenger (OxAc vagy GOT) alkalmazásával. A kinurénsav-származék és a Glu scavenger egyaránt az ischemiás attack-ot közvetlenül követő hiperexcitációt ill. excitotoxicitást csökkenti, míg a posztkondícionálás (relatíve hosszú delay után is) a későbbi programozott sejtpusztulást mérsékli. Továbbá a posztkondícionálás neuroprotektív hatásának köszönhetően a szabadgyökök termelődése is csökken, valamint az antioxidáns enzimek aktivitása fokozódik. A kombinált kezelések új perspektívát jelenthetnek a neuroprotektív kezelésekben ischemiával szemben, ugyanis ez a stratégia több támadáspontot érintene egy időben. Annak ellenére, hogy a posztkondícionálással kapcsolatban ma már széleskörű vizsgálatok folynak, a stratégia neuroprotektív hatása mögött húzódó folyamatokról keveset tudunk. A projekt során célunk a posztkondícionálást megalapozó molekuláris mechanizmusok feltárása egyedi és kombinált kezelések esetén egyaránt. További cél a fiatal állatokon ideálisnak mutatkozó neuroprotekciós kezelés hatékonyságának összehasonlító vizsgálata (beleértve a mechanizmust is) a hasonló ischemiás attack-on átesett. és hasonló kezelésben részesült idős állatokon elért eredményekkel.
Mi a kutatás alapkérdése? Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek. 1. Elérhető-e hatékonyabb neuroprotekció kombinált kezelésekkel [hiperexcitáció csökkentése (KYNA vagy Glu scavenger) + posztkondícionálás], mintha csak az egyik típusú kezelést alkalmaztuk volna? 2. Mennyiben azonosak vagy különbözőek a neuroprotekció mechanizmusai [Akt/PI3K-útvonal (ezen belül foszforilált/aktiválódott PI3K, GSK3b, Akt) és a malondialdehid, a Mn-szuperoxid dizmutáz, valamint kataláz vizsgálata] a fent részletezett egyedi kezelések (excitotoxicitás csökkentés vagy posztkondícionálás) ill. kombinált kezelések esetében? 3. Milyen mértékű neuroprotekció érhető el fiatal és idős állatok esetében (azonos paraméterű ischemiás attack és azonos kezelés esetén), és a fent részletezett mechanizmusban mutatkozik-e különbség a két korcsoport között?
Mi a kutatás jelentősége? Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának! A pályázat indoka a cerebrovascularis betegségek gyakorisága, és célja azok következményeinek mérséklése. Mivel az ischemiás attack utáni folyamatok időben elhúzódóan több fázisból állnak, elméletileg is több lehetőség mutatkozik a beavatkozásra. A korai fázisban a fő cél az excitotoxicitás csökkentése. Ezen a téren [az előző OTKA pályázatunk (K 75628) segítségével is] jelentős eredményeket értünk el: kifejlesztettünk egy új molekulát (SZR72, a vér-agy gáton könnyen átjutó KYNA származék), mely hatékony neuroprotektív szernek bizonyult, úgy hogy jelentősebb mellékhatást (hisztológiai, elektrofiziológiai és magatartásvizsgálati módszerrel tesztelve) nem detektáltunk. A témában 30-nál több közlemény és 3 szabadalom született. Nagyon biztató eredményeket értünk el az excitotoxicitás csökkentésével kiváltott neuroprotekció terén egy egészen más megközelítésben. Izraeli kutatókkal együttműködve, Glu scavenger (OxAc vagy GOT) intravénás beadásával egy fokozott agy→vér irányú Glu transzportot aktiválunk. Az utóbbi évben egy egészen új megközelítéssel kezdtünk foglalkozni, a posztkondícionálással: súlyos ischemia után adott rövidebb ischemiás periódusok vagy egy subletális dózisú pathofiziológiás stresszor neuroprotektív hatású. Nem kell hangsúlyozni, hogy mennyivel nagyobb klinikai jelentőséggel bírhat a posztkondícionálás (stroke után is alkalmazható eljárás) a prekondícionálással szemben. Előkísérleteink ezen a téren biztató eredményeket hoztak (Neuropharmacology, 61(5-6):1026-32, 2011). A projekt keretén belül az excitotoxicitás csökkentését szeretnénk kombinálni az ischemiás attack után jóval később alkalmazva is hatékony posztkondícionálással. Szeretnénk kidolgozni a kombinált kezelés leghatékonyabb paradigmáit, és vizsgálni az egyedi és kombinált kezeléssel aktivált neuroprotektív mechanizmusokat. Vizsgálni szeretnénk a kutatásban és a klinikai gyakorlatban máig fennálló pradoxont: a kutatátást szinte minden esetben egészséges, fiatal felnőtt állatokon végzik, míg a cerebrovasculáris betegségek nagy gyakorisággal idős korban jelentkeznek. Ennek érdekében a fiatal állatokon ideálisnak mutatkozó neuroprotekciós kezelés hatékonyságát a hasonló ischemiás attack-on átesett idős állatokon is kívánjuk vizsgálni.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára. A WHO adatai szerint a vezető halálokok között 3. helyen szerepelnek a cerebrovascularis betegségek. Csak Európában évi 650000 halálesetet regisztrálnak agyi vérkeringési zavar következtében. Mindezek ellenére, máig is csak egyetlen hatékony módszer szerepel a klinikusok eszköztárában a stroke-on átesett beteg kezelésére; ez a trombolízis (fibrinolízis). Különböző okok miatt azonban, ezt a beavatkozást az esetek csak nagyon kis százalékában tudják alkalmazni. Elméleti és társadalmi jelentősége is nagy azoknak a kutatásoknak, melyek az agyi ischemiás attack következményeinek mérséklését célozzák. Miután egy ischemiás attack-ot követően, időben elnyújtottan, több fázisban zajlanak le azok a folyamatok, melynek során további nagykiterjedésű agyszövet pusztulás következik be, ez lehetőséget biztosít a többlépcsős beavatkozásra. Korábbi években nagyon biztató eredményeket értünk el az ischemiás attack utáni gyors folyamatok mérséklésében. A legutóbbi évben pedig előkísérleteink a külföldi laboratóriumok eredményeitől időben alig lemaradva szép neuroprotektív eredményeket hoztak az attack utáni későbbi folyamatok mérséklése terén. Kísérleteink célja: 1) ezen, különböző időben végrehajtható neuroprotektív beavatkozások kombinációjával kidolgozni egy minden eddiginél hatékonyabb protokolt; 2) az így indukált neuroprotektív folyamatok molekuláris mechanizmusát tanulmányozni; 3) összehasonlítani a fiatal, egészséges felnőtt állatokon kialakított ischemiás attack és az azt követő neuroprotektív beavatkozás hatását/hatékonyságát az idős állatokon végzett ugyanezen beavatkozások következményeivel.
| Summary Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. The main goals of this project proposal are as follows: to study neuroprotection via global brain ischemic models (2VO and 4VO) with 1) postconditioning or with combined treatments: 2) postconditioning + transient NMDA receptor blocker kynurenic acid (KYNA) derivatives, or with 3) postconditioning + glutamate (Glu) scavengers [oxaloacetate (OxAc) or glutamate-oxaloacetate transaminase (GOT)]. The KYNA derivatives and Glu scavengers mitigate the hyperexcitation/excitotoxicity immediately following the ischemic attack, while postconditioning attenuates the programmed cell death, and it starts with a relative long delay after the ischemic attack. Additionally, postconditioning acts by reducing free radical products and by increasing the activity of endogenous antioxidant enzymes in the brain. The combined treatments could provide a new perspective in neuroprotection against an ischemic insult, because this strategy affects different attack points at the same time. Although the topic is extensively studied, we have relatively little information about the mechanism of postconditioning. Our aim is to reveal the underlying molecular mechanisms of postconditioning and the combined treatment. A further goal is to carry out comparative studies in which we compare the ischemic events and the effects of neuroprotective treatments in healthy young adults with those of events and effects of treatments in old animals.
What is the major research question? Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments. 1. Can the effectiveness of neuroprotection be further increased or not with combined treatment (with hyperexcitation blockade (KYNA or Glu scavenger) + postconditioning) as compared with single treatments (hyperexcitation blockade) or postconditioning? 2. Do the elements of neuroprotection induced in different ways (detailed above) overlap totally or partially, or are they absolutely different? Studies of the Akt/PI3K-pathway (including phosphorilated/activated PI3K, GSK3b, Akt), and of malondialdehyde, Mn-superoxide dismutase and catalase are planned. 3. Are the effects of neuroprotection achieved in healthy young adults and in old animals different or not, if the parameters of the ischemic attack and the protocol of neuroprotection are the same in both groups?
What is the significance of the research? Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field. The prevalence of cerebrovascular diseases justifies research on this topic. As the events following an ischemic attack linger for a long period and pass through different phases, it offers a number of possibilities to intervene. In the first phase, the main goal must be to reduce the excitotoxicity. In this field we have achieved noteworthy results within the frame of our recent OTKA project (K75628): we have developed a new molecule (SZR72, a KYNA derivative, which can readily cross the BBB), which has proved to be neuroprotective without serious side-effects (histological, electrophysiological and behavioral studies). During recent years, we have published more than 30 papers in international journals on this topic, and we have 3 patents. We have attained interesting results in the field of neuroprotection in quite a different way too. In collaboration with Prof. Teichberg (Weizmann Institute, Rehovot), we achieved a noteworthy level of neuroprotection after i.v. administration of a Glu scavenger (OxAc or GOT). This treatment resulted in the enhancement of brain→blood Glu transport, reducing excitotoxicity. We recently started to study a quite novel approach to neuroprotection, postconditioning. It has been observed that, after a serious ischemic attack, short ischemic periods or sublethal stressors administered with some delay can be neuroprotective. It is beyond question that, in medical practice, the usefulness of an effective method which can also be used after a serious ischemic attack is much greater than that of preconditioning (which is clinically feasible only when the supervention of a stroke is predictable). The results of our pilot experiments in this field are very promising (Neuropharmacology, 61(5-6):1026-32, 2011). We plan to combine the reduction of excitotoxicity with postconditioning administered with a marked delay. We would like to develop the most effective paradigm of neuroprotection with combined methods, and to study the mechanisms of activated processes. We plan to study these mechanisms in both healthy young adult and old animals. It is a paradox that most experiments are carried out on healthy young animals, whereas mostly elderly people suffer from cerebro-vascular diseases.
Summary and aims of the research for the public Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others. According to the WHO, cerebrovascular diseases are currently in third place as a cause of death. In Europe, 650 000 deaths per year are registered as a consequence of cerebro-vascular diseases. The majority of strokes occur in those over 65 years of age. For each decade of life after the age of 55, the stroke rate doubles in both men and women. Only one effective method is available for treatment of a stroke attack: thrombolysis (fibrinolysis). However, for various reasons, this method is applied in only a very limited proportion of the cases. Research in this field is therefore of great importance for both theoretical and practical reasons. As an ischemic attack induces complex events over a lengthy period of time, which results in further brain tissue damage, it offers a possibility to intervene in a complex manner in several steps. During recent years, we have achieved noteworthy results in the treatment of the excitotoxicity arising immediately by after an ischemic attack. Most recently, our pilot experiments led to a promising level of neuroprotection, reducing the severity of the events following an ischemic attack with a long delay (Neuropharmacology, 61(5-6):1026-32, 2011). The aims of our studies: 1) to devise a protocol better than those available at present, this protocol being based on complex intervention aimed at both the early and later phases of the neurodegenerative events; 2) to study the molecular mechanisms of neuroprotection induced by this complex intervention; and 3) to compare ischemic attacks and the mechanisms and effectiveness of neuroprotective interventions in healthy young adults and old animals.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
List of publications |
|
|
Knapp L, Gellért L, Kocsis K, Kis Z, Farkas T, Vécsei L, Toldi J.: Neuroprotective Effect of Oxaloacetate in a Focal Brain Ischemic Model in the Rat., Cell Mol Neurobiol. [Epub ahead of print] PMID: 24807461, 05/2014; DOI:10.1007/s10571-014-0064-7, 2014 | Kocsis K, Knapp L, Mészáros J, Kis Z, Farkas T, Vécsei L, Toldi J.: Acetyl-L-carnitine and oxaloacetate in post-treatment against LTP impairment in a rat ischemia model. An in vitro electrophysiological study., J Neural Transm. [Epub ahead of print]PMID: 25432433, 2014 | Kocsis K, Knapp L, Gellért L, Oláh G, Kis Z, Takakuwa H, Iwamori N, Ono E, Toldi J, Farkas T.: Acetyl-L-carnitine normalizes the impaired long-term potentiation and spine density in a rat model of global ischemia., Neuroscience. 269:265-72., 2014 | Fejes-Szabó A, Bohár Z, Vámos E, Nagy-Grócz G, Tar L, Veres G, Zádori D, Szentirmai M, Tajti J, Szatmári I, Fülöp F, Toldi J, Párdutz Á, Vécsei L.: Pre-treatment with new kynurenic acid amide dose-dependently prevents the nitroglycerine-induced neuronal activation and sensitization in cervical part of trigemino-cervi, J Neural Transm., 121(7):725-38, 2014 | Fejes-Szabo A, Bohar Z, Nagy-Grocz G, Vámos E, Tar L, Pődör B, Tajti J, Toldi J, Vécsei L, Párdutz A.: Effect of Probenecid on the Pain-Related Behaviour and Morphological Markers in Orofacial Formalin Test of the Rat., CNS Neurol Disord Drug Targets. 2014 Aug 6. [Epub ahead of print] PMID:25106627, 2014 | Knapp L., Kocsis K., Oláh G., Ozsvár A., Kis Zs., Farkas T., Toldi J.: Oxaloacetate is neuroprotetive. Apart from glutamate scavenging, it exerts metabolic and antioxidative effects, 9th FENS Forum of Neuroscience, Milan, Italy July 5 -9, 2014 | Kocsis K., Knapp L., Kis Zs., Farkas T., Toldi J.: Examination of the neuroprotective effects of acetyl-L-carnitine against in vivo and in vitro ischemia, 9th FENS Forum of Neuroscience, Milan, Italy July 5 -9, 2014 | Heredi J., Varga D., Olah G., Kánvási Z., Kis Zs., Farkas T., Vécsei L., Toldi J., Gellért L.: Multiple effects of astrocyte and neuron-derived kynurenic acid in the adult C57BL/6 mice, 9th FENS Forum of Neuroscience, Milan, Italy July 5 -9, 2014 | Knapp L, Gellért L, Kocsis K, Kis Z, Farkas T, Vécsei L, Toldi J.: Neuroprotective Effect of Oxaloacetate in a Focal Brain Ischemic Model in the Rat., Cell Mol Neurobiol. 2015 Jan;35(1):17-22. doi: 10.1007/s10571-014-0064-7. Epub 2014 May 8., 2015 | Kocsis K, Knapp L, Mészáros J, Kis Z, Farkas T, Vécsei L, Toldi J.: Acetyl-L-carnitine and oxaloacetate in post-treatment against LTP impairment in a rat ischemia model. An in vitro electrophysiological study., J Neural Transm (Vienna). 2015 Jun;122(6):867-72. doi: 10.1007/s00702-014-1343-7. Epub 2014 Nov 29., 2015 | Fejes-Szabo A, Bohar Z, Nagy-Grocz G, Vámos E, Tar L, Pődör B, Tajti J, Toldi J, Vécsei L, Párdutz A.: Effect of Probenecid on the Pain-Related Behaviour and Morphological Markers in Orofacial Formalin Test of the Rat., CNS Neurol Disord Drug Targets. 2015;14(3):350-9., 2015 | Török N, Majláth Z, Fülöp F, Toldi J, Vécsei L: Brain ageing and disorders of the central nervous system: kynurenines and drug metabolism., Curr Drug Metab. 2015 Dec 22. [Epub ahead of print], 2015 | Majláth Z, Török N, Toldi J, Vécsei L: Memantine and kynurenic acid: current neuropharmacological aspects., Curr Neuropharmacol. 2015 Nov 13. [Epub ahead of print], 2015 | Varga D, Herédi J, Kánvási Z, Ruszka M, Kis Z, Ono E, Iwamori N, Iwamori T, Takakuwa H, Vécsei L, Toldi J, Gellért L.: Systemic L-Kynurenine sulfate administration disrupts object recognition memory, alters open field behavior and decreases c-Fos immunopositivity in C57Bl/6 mice., Front Behav Neurosci. 2015 Jun 16;9:157. doi: 10.3389/fnbeh.2015.00157. eCollection 2015., 2015 | Bohár Z, Toldi J, Fülöp F, Vécsei L.: Changing the face of kynurenines and neurotoxicity: therapeutic considerations., Int J Mol Sci. 2015 Apr 29;16(5):9772-93. doi: 10.3390/ijms16059772. Review., 2015 | Knapp L, Szita B, Kocsis K, Vécsei L., Toldi J: N itroglycerin enhances the propagation of cortical spreading depression: comparative studies with sumatriptan and novel kynurenic acid analogues, Drug Design, Development and Therapy 2017:11 27–34, 2017 | Herédi J, Berkó AM, Jankovics F, Iwamori T, Iwamori N, Ono E, Horváth S, Kis Z, Toldi J, Vécsei L, Gellért L.: Astrocytic and neuronal localization of kynurenine aminotransferase-2 in the adult mouse brain., Brain Struct Funct. doi:10.1007/s00429-016-1299-5, 2016 | Kocsis K, Frank R, Szabó J, Knapp L, Kis Z, Farkas T, Vécsei L, Toldi J.: Acetyl-l-carnitine restores synaptic transmission and enhances the inducibility of stable LTP after oxygen-glucose deprivation., Neuroscience. 2016 Sep 22;332:203-11., 2016 | Majláth Z, Toldi J, Fülöp F, Vécsei L.: Excitotoxic Mechanisms in Non-Motor Dysfunctions and Levodopa- Induced Dyskinesia in Parkinson's Disease: The Role of the Interaction Between the Dopaminergic and the Ky, Curr Med Chem. 2016;23(9):874-83., 2016 | Török N, Majláth Z, Fülöp F, Toldi J, Vécsei L.: Brain Aging and Disorders of the Central Nervous System: Kynurenines and Drug Metabolism., Curr Drug Metab. 2016;17(5):412-29., 2016 | Majláth Z, Török N, Toldi J, Vécsei L.: Memantine and Kynurenic Acid: Current Neuropharmacological Aspects., Curr Neuropharmacol. 2016;14(2):200-9., 2016 | Dániel Péter Varga, Ákos Menyhárt, Tamás Puskás, Ferenc Bari, Eszter Farkas, Zsolt Kis, László Vécsei, József Toldi, Levente Gellért: Systemic administration of l-kynurenine sulfate induces cerebral hypoperfusion transients in adult C57Bl/6 mice., Microvasc Res., 2017 | Oláh G, Herédi J, Menyhárt A, Czinege Z, Nagy D, Fuzik J, Kocsis K, Knapp L, Krucsó E, Gellért L, Kis Z, Farkas T, Fülöp F, Párdutz A, Tajti J, Vécsei L, Toldi J.: Unexpected effects of peripherally administered kynurenic acid on cortical spreading depression and related blood-brain barrier permeability., Drug Des Devel Ther. 2013 Sep 16;7:981-7, 2013 | Demeter I, Nagy K, Farkas T, Kis Z, Kocsis K, Knapp L, Gellert L, Fülöp F, Vecsei L, Toldi J.: Paradox effects of kynurenines on LTP induction in the Wistar rat. An in vivo study., Neurosci Lett. 2013 Oct 11;553:138-41., 2013 | Knapp L, Gellért L, Herédi J, Kocsis K, Oláh G, Fuzik J, Kis Z, Vécsei L, Toldi J, Farkas T.: A simple novel technique to induce short-lasting local brain ischaemia in the rat., Neuropathol Appl Neurobiol. 2013 Jun 24. doi: 10.1111/nan.12069., 2013 | Fuzik J, Gellért L, Oláh G, Herédi J, Kocsis K, Knapp L, Nagy D, Kincses ZT, Kis Z, Farkas T, Toldi J.: Fundamental interstrain differences in cortical activity between Wistar and Sprague-Dawley rats during global ischemia., Neuroscience. 2013 Jan 3;228:371-81., 2013 | Gellért L, Knapp L, Németh K, Herédi J, Varga D, Oláh G, Kocsis K, Menyhárt A, Kis Z, Farkas T, Vécsei L, Toldi J.: Post-ischemic treatment with L-kynurenine sulfate exacerbates neuronal damage after transient middle cerebral artery occlusion., Neuroscience. 2013 Sep 5;247:95-101., 2013 | Knapp L, Gellért L, Herédi J, Kocsis K, Oláh G, Fuzik J, Kis Z, Vécsei L, Toldi J, Farkas T.: A simple novel technique to induce short-lasting local brain ischaemia in the rat., Neuropathol Appl Neurobiol. 40(5):603-9., 2014 |
|
|
|
|
|
|
Back »
|
|
|