Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Обзорная статья

Животные модели для долгосрочного функционального восстановления и реабилитации после ишемического инсульта: за пределами острой нейропротекции

398 просмотров

⸱

DOI:

10.3791/69884

⸱

6 марта 2026 г.

В этой статье

Краткое содержание

В этом обзоре рассматривается использование животных моделей в изучении долгосрочного функционального восстановления и реабилитации после ишемического инсульта, с акцентом на процессы, выходящие за рамки острой нейропротекторы.

Аннотация

Ишемический инсульт является одной из ведущих причин долгосрочной нетрудоспособности во всем мире. Хотя острые нейропротекционные стратегии были широко изучены, механизмы, лежащие в основе долгосрочного функционального восстановления после ишемического инсульта, остаются неполностью изучены. Животные модели сыграли важную роль в выявлении ключевых процессов, таких как нейропластичность, ангиогенез, восстановление гематоэнцефалического барьера и регуляция нейровоспаления на этапе восстановления. Эти модели позволяют исследовать сложные, зависящие от времени биологические каскады, которые трудно исследовать непосредственно в клинических исследованиях. В этом повествовательном обзоре рассматривается применение животных моделей для изучения долгосрочного функционального восстановления после ишемического инсульта. Мы отмечаем достижения в понимании критически важных биологических механизмов, включая ремоделирование аксон, нейрогенез, сосудистую реконструкцию и иммунную модуляцию. Кроме того, мы изучаем реабилитационно-ориентированные подходы, оцениваемые в доклинических исследованиях, такие как терапия стволовыми клетками, методы нейромодуляции, фармакологические вмешательства и обогащение окружающей среды, и рассматриваем, как механистические инсайты могут повлиять на их оптимизацию. Интеграция мультимодальных методов оценки — сочетающих поведенческий анализ, визуализацию и молекулярные методы — усилила трансляционную ценность доклинических исследований восстановления после инсульта. Этот повествовательный обзор даёт взгляд на разработку механизмно-ориентированных стратегий реабилитации, направленных на обеспечение устойчивому функциональному восстановлению после острой фазы ишемического инсульта. Эти инсайты помогают преодолеть разрыв между доклиническими исследованиями и клиническим применением и поддерживают улучшение результатов для выживших после ишемического инсульта.

Введение

Ишемический инсульт является одной из ведущих причин инвалидности во всём мире и создаёт значительную нагрузку на пациентов, их семьи и системыздравоохранения 1,2,3. Несмотря на достижения в терапии острого инсульта, включая тромболиз и механическую тромбэктомию, которые снизили смертность и ограничили начальные повреждения мозга, значительная часть переживших инсульт испытывает устойчивые долгосрочные функциональные нарушения4. Эти нарушения обычно включают моторные нарушения, когнитивные нарушения и языковые нарушения, которые сильно снижают автономию и качество жизни пациентов. Хотя острые методы терапии нацелены на ранние ишемические повреждения, их польза на стадии хронического восстановления остаётся ограниченной, что подчёркивает необходимость вмешательств, способствующих неврологическому восстановлению и долгосрочному функциональному восстановлению послеострой стадии 5.

Традиционно исследования инсульта были сосредоточены на остром нейропротективном окне, направленном на спасение полутеничной ткани и уменьшение размера инфаркта. Однако этот акцент не полностью охватывает сложные биологические процессы, лежащие в основе долгосрочного восстановления, включая нейропластичность, нейрогенез, ангиогенез и ремоделирование нейронныхцепей 6,7. Субострые и хронические фазы инсульта включают динамические взаимодействия между нейронами, глиальными клетками, сосудистыми компонентами и иммунными клетками, что может способствовать спонтанному восстановлению или, наоборот, вторичной дегенерации и устойчивойинвалидности 8,9. Понимание этих механизмов важно для разработки терапий, которые улучшают эндогенные процессы восстановления и оптимизируют результаты реабилитации.

По сравнению с моделями in vitro или только наблюдательными клиническими исследованиями, животные модели предлагают явные преимущества для изучения этих сложных системных процессов. Они создают контролируемую среду для лонгитюдных механистических исследований, которые этически и технически сложно проводить у человека. Животные модели сыграли ключевую роль в прояснении патофизиологии ишемического инсульта и в оценке новых терапевтических стратегий. Модели грызунов окклюзии средней церебральной артерии (MCAO) и фототромботического инсульта воспроизводят множество признаков ишемического повреждения человека и предоставили ценные данные о молекулярных и клеточных механизмах, лежащих в основе травмы ивосстановления 10,11. Эти модели позволяют подробно исследовать нейроваскулярное ремоделирование, синаптическую пластичность и иммунные ответы в процессе восстановления — явления, которые трудно изучать непосредственно у человека. Важно, что они также позволяют контролировать реабилитационные вмешательства, фармакологические препараты и нейромодуляторные методы, направленные на стимулирование долгосрочного функциональноговосстановления 12,13.

Помимо разъяснения биологических механизмов, модели животных служат ценными платформами для разработки и совершенствования стратегий реабилитации. Например, исследования показали, что интенсивные тренировки с конкретной задачей могут улучшить моторную функцию после инсульта, подчёркивая важность интенсивности тренировок и тайминга во времявосстановления 14,15. Кроме того, сочетание реабилитационного обучения с фармакологическими препаратами, такими как амфетамины или нейротрофические факторы, сообщается, что синергетически повышает нейропластичность и моторноевосстановление 16,17. Неинвазивные методы стимуляции мозга, включая повторяющуюся транскраниальную магнитную стимуляцию (rTMS) и транскраниальную стимуляцию постоянного тока (tDCS), также показали перспективы на животных моделях для улучшения неврологических и когнитивных исходов за счёт модуляции возбудимости коры и стимулирования синаптической реорганизации13,18.

Недавние достижения расширили сферу исследований на животных моделях, включив в них инновационные терапевтические подходы, такие как трансплантация стволовых клеток, генная терапия и каркасы биоматериалов, направленные на замену утраченных нейронов, модуляцию микросреды после инсульта и поддержку регенерациитканей 19,20. Например, трансплантация нейроэпителиальных прогениторных клеток человека с коровой корой сообщается, что улучшает функциональные результаты в мышиных моделях, главным образом за счёт эффектов наблюдателей, а не прямой заменынейронов 21. Аналогично, доставка нейропротекторных циркулярных РНК и внеклеточных везикул по новым путям введения связана с повышенной синаптической пластичностью и сосудистымремонтом 22,23.

Исследования на животных значительно способствовали выяснению ролей иммунной модуляции и воспаления в выздоровлении после инсульта. Активация регуляторных Т-клеток и модуляция микроглиальных фенотипов стали потенциальными терапевтическими целями для создания прорепативной среды и ограничения вторичныхповреждений 7,20. Также исследованы фармакологические вмешательства, направленные на апоптоз, окислительный стресс и нейровоспаление, некоторые из которых демонстрируют потенциал для стимулирования активации эндогенных нейронных предшественников клеток и улучшения долгосрочного функциональноговосстановления 24,25.

Помимо биологических и фармакологических методов терапии, были разработаны и протестированы технологические инновации, такие как интерфейсы мозг-компьютер, обучение с помощью роботов и системы виртуальной реальности, чтобы усилить традиционную реабилитацию и облегчить моторное переобучение26,27. Эти подходы обеспечивают интерактивные, интенсивные тренировочные среды, которые можно адаптировать к индивидуальным дефицитам и поддерживать нейропластичность.

Несмотря на эти достижения, перевод результатов с животных моделей в клиническую практику остаётся сложным из-за различий в видах, вариабельности патологии инсульта и сложности процессов восстановления человека. Включение сопутствующих заболеваний, таких как диабет и гипертония, в животные модели повысило их клиническую значимость и подчеркнуло влияние системных факторов на исходы инсульта и эффективностьреабилитации 28,29. Кроме того, использование моделей нечеловеческих приматов обеспечивает более тесные нейроанатомические и функциональные параллели с человеком, что позволяет более точно оценить моторные нарушения и терапевтическиевмешательства 30.

Однако важно признать, что животные модели не являются точными копиями человеческого инсульта. Врождённые ограничения включают специфические для видов различия в нейроанатомии, иммунных ответах, продолжительности жизни и сложность полного моделирования сложных человеческих сопутствующих заболеваний, социальных факторов и длительного срока восстановления. Эти ограничения требуют осторожной интерпретации и экстраполяции доклинических результатов в клиническую среду. Тем не менее, животные модели широко признаются ценными инструментами для выявления механизмов восстановления после инсульта и формирования стратегийреабилитации 31. Они предоставляют полезную платформу для изучения многогранных биологических процессов, лежащих в основе долгосрочного функционального восстановления, а также для оценки новых методов терапии, выходящих за рамки острой нейропротекторы. Связывая фундаментальные научные результаты с клиническими аспектами, исследования на животных моделях способствуют разработке целенаправленных, механизмно-ориентированных стратегий реабилитации, которые улучшают результаты для переживших инсульт. Хотя предыдущие обзоры рассматривали модели на животных, механизмы восстановления или стратегии реабилитации отдельно, этот повествовательный обзор интегрирует эти компоненты для предоставления сфокусированного взгляда на применение животных моделей при изучении долгосрочного функционального восстановления и реабилитации после ишемического инсульта, делая акцент на ключевых биологических механизмах и стратегиях, поддерживающих восстановление после острой фазы (см. рисунок 1).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обзор и перспектива

Применение животных моделей в изучении долгосрочного функционального восстановления после ишемического инсульта

Распространённые типы моделей животных и их характеристики

Животные модели широко используются в исследованиях ишемического инсульта, особенно для изучения долгосрочного функционального восстановления. Модели грызунов, особенно крысы и мыши, преимущественно используются благодаря их экономической эффективности, простоте генетической манипуляции и хорошо охарактеризованной физиологии. Модель MCAO, обычно индуцированная с помощью внутрилюминального филамента, остаётся самой часто используемой моделью для имитации ишемической патологии инсульта у человека. Он позволяет точно контролировать время реперфузии и хорошо подходит для изучения механизмов очагового ишемического повреждения и реперфузии, хотя не полностью воспроизводит сложность инсульта причеловеке 32. Эмболические модели, хотя и менее воспроизводимы, ценны для исследованийтромболизиса 33. Фототромботические модели позволяют индукировать целевые инфаркты с одинаковыми размерами поражения, но часто не имеют реперфузионнойфазы 34. Тем не менее, небольшой размер мозга и лиссенцефальная кора грызунов ограничивают прямое экстраполяцию на человека, особенно в отношении сложного поведения и нейроанатомической организации.

Для решения этих ограничений были разработаны модели крупных животных, включая свиней, нечеловеческих приматов, овец и собак. Эти виды обладают гиренцефалическим мозгом, который больше похож на анатомию и сосудистую структуру человека, что делает их более подходящими для трансляционных исследований, связанных со сложным поведением инейровизуализацией 35,36. Например, модели свиней позволяют проводить детальный анализ походки после травмы спинного мозга, предоставляя количественные показатели функциональноговосстановления 37. Нечеловеческие приматы представляют наиболее близкое приближение к человеческой патофизиологии инсульта; однако их использование связано с более этическими, финансовыми и логистическими аспектами.

При выборе модели следует учитывать тип инсульта (ишемический или геморрагический), размер поражения, местоположение поражения и предполагаемое окно времени восстановления для обеспечения клинической значимости. Генетические модели, включая гуманизированные хомяки с нокаутами липопротеинового рецептора низкой плотности или ATP-связывающего кассетного транспортера A1 (ABCA1), помогают выявить факторы риска инсульта, связанные с липиднымметаболизмом 38. В целом, ни одна модель не может воспроизвести все аспекты человеческого инсульта, что требует использования дополнительных моделей, адаптированных к конкретным исследовательским вопросам, для продвижения исследований трансляционного инсульта (Таблица 1).

Долгосрочные методы функциональной оценки

Оценка долгосрочного функционального восстановления в животных моделях инсульта требует многомерных подходов, включающих поведенческий, визуализационный и молекулярный анализ. Поведенческое тестирование остаётся центральным методом оценки моторной координации, сенсорной функции и когнитивных способностей, отражая масштаб и качество функционального восстановления. В моделях грызунов для количественного определения моторных дефицитов и мониторинга восстановления в течение нескольких недель или месяцев послеинсульта 5,39 часто применяются задачи на умелое достижение, ходьба по решётке, испытания цилиндров и производительность ротарода. Однако эти тесты имеют ограничения, включая потенциал компенсирующего поведения, изменчивость между оценщиками и, в некоторых случаях, недостаточную чувствительность к тонкимдефицитам 40. Например, задача на умелое достижение оценивает контроль мелкой моторики и используется для различения истинного восстановления от компенсаторныхдвижений 7. Автоматизированные системы анализа походки предоставляют объективные и воспроизводимые измерения функции двигателей в моделях повреждений периферической и центральнойнервной системы 41.

Нейровизуализация, такие как магнитно-резонансная томография (МРТ), диффузионно-взвешенная томография (DWI) и магнитно-резонансная ангиография (MRA), позволяют продольный мониторинг эволюции поражений, кровотока в мозге и нейроваскулярнойремоделирования 42,43. Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) и функциональная МРТ (фМРТ) способствуют оценке реорганизации нейронных сетей и изменений функциональной связности во время восстановления. МРТ хорошо подходит для структурного отслеживания, DWI — для выявления острых повреждений, MRA — для оценки сосудистых систем, PET — для оценки метаболической активности, а fMRI — для изучения функциональныхсетей 44. Эти методы визуализации могут быть коррелированы с поведенческими результатами для предоставления интегрированного понимания механизмов восстановления.

Исследования также изучали нейрогенез, синаптическую пластичность, воспаление и ангиогенез как на молекулярном, так и на клеточном уровнях. Экспрессия биомаркеров, таких как лёгкая цепь нейрофиламента (NFL), глиальный фибриллярный кислый белок и микроРНК, была оценена на животных моделях и в человеческих когортах для выяснения путей восстановления и выявления потенциальных терапевтическихцелей 8. Эти биомаркеры могут помочь отличить истинное нейронное восстановление от компенсаторныхадаптаций 45. Реабилитационные и фармакологические вмешательства могут модулировать нейровоспалительные реакции и способствовать синаптическому ремоделированию — процессам, важным для функциональноговосстановления 7,10. Электрофизиологические оценки дополнительно дополняют эти подходы, оценивая нейронную активность и функцию сети.

Строгое проектирование экспериментов имеет решающее значение и включает использование фиктивных контрольных систем, базовую поведенческую оценку, ослепление, рандомизацию и учет утраты46. Сочетание этих методологий позволяет надёжно оценить долгосрочное восстановление, помогает отличить истинное нейронное восстановление от компенсаторных адаптаций и поддерживает оценку терапевтической эффективности (Таблица 2).

Мультимодальная оценка повышает трансляционную ценность

Интеграция поведенческих, визуализационных и молекулярных данных через мультимодальную оценку повышает трансляционную значимость исследований восстановления после инсульта. Поведенческие оценки обеспечивают функциональные конечные точки, визуализация фиксирует структурные и сетевые изменения, а молекулярный анализ выявляет лежащие в основе биологические механизмы. Такой комплексный подход позволяет более точно охарактеризовать траектории восстановления и терапевтические эффекты.

Применение высокопроизводительных методов, таких как транскриптомика и протеомика, к моделям инсульта позволило выявить изменения экспрессии генов, связанные с нейропластичностью, воспалениями иремонтом 10. Эти данные поддерживают выявление новых терапевтических мишеней и биомаркеров, которые могут предсказывать восстановление. Например, транскриптомическое профилирование подчеркнуло участие убиквитин-протеасомной системы в выживаемости нейронов после ишемии, при этом такие соединения, как хлорогенная кислота, сообщается, модулируют этот путь и обеспечивают нейропротекторныеэффекты 10.

Кроме того, объединение мультимодальных данных может направлять уточнение животных моделей для лучшего отражения гетерогенности инсульта и паттернов восстановления, что помогает устранить трансляционные пробелы, ограничивающие клинический успех нейропротективныхстратегий 26. Продвинутая визуализация в сочетании с поведенческим тестированием позволяет отслеживать нейропластичность, вызванную реабилитацией, и функциональную реорганизацию, что может определять время и дозировку вмешательств47. Кроме того, интеграция генетических и экологических факторов в модели может помочь предсказать индивидуальную вариабельностьв процессе восстановления 25.

В итоге, мультимодальная оценка не только углубляет механистическое понимание, но и повышает прогностическую ценность доклинических исследований, поддерживая разработку персонализированных реабилитационных стратегий и способствуя их внедрению в клиническую практику.

Ключевые биологические механизмы долгосрочного восстановления после ишемического инсульта

Нейропластичность и аксональная регенерация

Нейропластичность, включающая синаптическое ремоделирование, рост аксонов и реорганизацию нейронных сетей, обеспечивает биологическую основу для функционального восстановления после инсульта. Исследования на животных показали, что улучшение регенерации аксонов и формирования синапсов может улучшить моторные и когнитивные результаты после инсульта. Например, вмешательства, способствующие прорастанию аксонов в периинфарктных областях, способствуют восстановлению нейронных цепей, критически важных для моторного контроля, что подтверждается улучшением связности кортикоспинального тракта и улучшением квалифицированных передней конечности у моделейгрызунов 48. Эти процессы регулируют несколько молекулярных путей. Нейротрофический фактор, полученный из мозга (BDNF), действующий через свой рецептор TrkB, способствует синаптической пластичности и росту аксонов, тогда как млекопитающий, целевой путь рапамицина (mTOR) модулирует синтез белка, необходимый для структурного ремоделирования. Исследования электроакупунктуры у крыс показали, что активация mTOR сигнализации увеличивает экспрессию белков, связанных с нейропластичностью, таких как GAP-43 и синаптофизин, тем самым способствуя прорастанию аксонов кортикоспинального тракта и восстановлению функций17. У мышей, пострадавших от инсульта, трансплантация нейронных предшественников клеток также связана с повышенной нейропластичностью, частично за счёт дифференцировки в зрелые нейроны и молекулярных взаимодействий трансплантата с хозяином, включающими сигнализацию нейрексина и нейрегулина, что может способствовать структурному восстановлению и долгосрочному поведенческомуулучшению 16. Эпигенетическая регуляция дополнительно способствует этим процессам, поскольку, как сообщается, ремоделирование хроматина влияет на транскрипционные программы, регулирующие способность роста аксонов и активацию глии, тем самым формируя нейропластическиереакции 17. В совокупности эти результаты подчёркивают важность координированных молекулярных и клеточных механизмов нейропластичности и аксональной регенерации для поддержки неврологической функции в хронической фазе после инсульта.

Ангиогенез и восстановление гематоэнцефалического барьера (BBB)

Ангиогенез, образование новых кровеносных сосудов, играет важную роль в восстановлении кровотока в ишемических областях и поддержке выживания нейронов во время восстановления после инсульта. В животных моделях усиление ангиогенеза связано с улучшением функциональных результатов, вероятно, благодаря увеличению подачи кислорода и питательных веществ в повреждённые ткани. Хотя сосудистый эндотелиальный фактор роста (VEGF) является ключевым регулятором ангиогенеза, его применение может повысить проницаемость BBB и риск кровоизлияния, что ограничивает его клиническуюприменимость 49. В результате были изучены альтернативные стратегии, направленные на ангиогенные пути без ущерба целостности BBB. Например, нейтрализация фактора-ингибитора роста нейрита Nogo-A, как сообщается, способствует постинсультному ангиогенезу и ограничивает сосудистую утечку, что указывает на потенциально более безопасный проангиогенныйподход 49. Другие молекулы также участвуют в ангиогенезе и поддержании BBB. Теломеразная обратная транскриптаза связана с усилением ангиогенеза и сохранением целостности BBB в моделях неонатальных гипоксично-ишемических повреждений мозга, возможно, через сигнализациюNotch-1 50. Кроме того, было показано, что приём цинка усиливает астроцитную секрецию VEGF через путь HIF-1α, что может способствовать ангиогенезу и неврологическому восстановлению приэкспериментальном инсульте 20. Восстановление BBB также является ключевым элементом восстановления после инсульта. Эндотелиальный пероксиредоксин-4 (Prx4) поддерживает целостность BBB, модулируя динамику цитоскелета и снижая воспаление, что способствует улучшению долгосрочных неврологических результатов в моделяхишемии-реперфузии 21. Кроме того, дейбиквитиназа UCHL1 стабилизирует Sox17 в эндотелиальных клетках, способствуя ангиогенезу и восстановлению BBB после повреждения спинного мозга, подчёркивая важность посттрансляционной регуляции всосудистом ремонте 51. В совокупности эти результаты показывают, что координированный ангиогенез и восстановление BBB, регулируемые несколькими молекулярными путями и типами клеток, включая эндотелиальные клетки и астроциты, играют важную роль в поддержании функционального восстановления после инсульта.

Регуляция нейровоспаления

Нейровоспаление играет сложную роль в восстановлении после инсульта: микроглия и астроциты способствуют прогрессированию травмы и восстановлению тканей. После ишемического повреждения эти клетки активируются и высвобождают провоспалительные цитокины, которые могут усугублять повреждение нейронов, а также участвуют в процессах восстановления, таких как фагоцитоз и секреция нейротрофических факторов. Исследования на животных показали, что регуляция баланса между про- и противовоспалительными состояниями микроглии и макрофагов важна для стимулирования нейрогенеза, регенерации аксонов и функциональноговосстановления 22. Например, сообщается, что интерлейкин-2 (IL-2) способствует поляризации микроглии и макрофагов в сторону противовоспалительного фенотипа через ингибирование фосфорилирования STAT3, что связано с усилением восстановления белого вещества и улучшением неврологической функции послеинсульта 22. Аналогично, хризофанол ограничивает провоспалительную микроглиальную активацию и снижает сигнализацию IL-6-STAT3, тем самым поддерживая нейропластичность и долгосрочное восстановление в ишемических моделяхмышей 23. Стратегии иммуномодуляции всё чаще исследуются как потенциальные терапевтические подходы; например, нацеление на сигнальный путь CD200-CD200R1 связано со снижением нейровоспаления и ишемического повреждения за счёт стимулирования противовоспалительныхреакций 52. Эпигенетические регуляторы, включая EZH2 и микроРНК (например, miR-155), также влияют на состояния микроглиальной активации и экспрессию воспалительных генов, обеспечивая дополнительные цели для модуляциинейровоспаления 53,54. Кроме того, микробиом кишечника связан с нейровоспалительной регуляцией и восстановлением, при этом короткоцепочечные жирные кислоты, полученные из микробиоты, такие как ацетат, способствуют ангиогенезу и функциональному восстановлению в моделях старогоинсульта 55. В совокупности эти результаты показывают, что тщательная модуляция нейровоспалительных реакций с помощью клеточных, молекулярных и системных механизмов может способствовать долгосрочному восстановлению после инсульта. Ключевые биологические механизмы, участвующие в долгосрочном восстановлении после инсульта, а также представительные молекулярные факторы, связанные функциональные результаты и соответствующие терапевтические стратегии, выявленные в исследованиях на животных, изложены в таблице 3.

Индивидуальная изменчивость и сопутствующие заболевания

Индивидуальные различия в возрасте, поле и наличии сопутствующих заболеваний могут существенно влиять на траектории восстановления после инсульта и реакции на терапию. Эти факторы всё чаще включаются в животные модели для повышения трансляционнойрелевантности 56. Пожилые животные обычно демонстрируют снижение нейропластичности, нарушение ангиогенеза и усиленные нейровоспалительные реакции по сравнению с молодыми взрослыми, что связано с ухудшениемфункциональных результатов 57. Также отмечались половые различия, при этом различия в воспалительных реакциях и нейропротективных механизмах между мужчинами и женщинами влияют на потенциал восстановления и эффективностьлечения 58. Распространённые сопутствующие сопутствующие заболевания, такие как гипертония и диабет, могут усугублять ишемическое повреждение, ухудшать функцию цереброваскулярных заболеваний и ограничивать эффективность реабилитации. Животные модели, учитывающие эти состояния (например, спонтанно гипертоничные крысы и диабетические мыши), ценны для оценки стратегий реабилитации в клиническизначимых обстоятельствах 59. Учитывать эти переменные в доклиническом проектировании исследований важно для разработки более персонализированных подходов к реабилитации.

Ключевые стратегии реабилитации

Доклинические доказательства долгосрочных функциональных исходов

Животные модели широко используются для оценки долгосрочных функциональных результатов, выходящих за рамки моторных дефицитов. Исследования показывают, что ишемический инсульт может привести к стойким сенсомоторным нарушениям, которые можно количественно оценить с помощью описанных выше поведенческих тестов. Когнитивные нарушения, влияющие на память, обучение и исполнительную функцию, также часто наблюдаются в моделях грызунов и оцениваются с помощью таких задач, как лабиринт воды Морриса и распознавание новыхобъектов 60. Кроме того, аффективные изменения после инсульта, включая поведение, похожее на тревожность и депрессию, были задокументированы с помощью парадигм, таких как «повышенный плюс лабиринт» и тест на принудительноеплавание 61. Эти показатели подчёркивают многогранность восстановления после инсульта и важность комплексных стратегий реабилитации.

Терапия стволовыми клетками

Терапия стволовыми клетками стала перспективной стратегией реабилитации для обеспечения долгосрочного функционального восстановления после инсульта, главным образом через такие механизмы, как нейрорегенерация, ангиогенез и модуляция воспаления. Различные типы стволовых клеток — включая мезенхимальные стволовые клетки (MSC), нейронные стволовые клетки (NSC), гемопоэтические стволовые клетки и индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSC) — были широко изучены на животных моделях, каждая из которых обладает уникальными терапевтическими свойствами и механизмами. МСК, полученные из костного мозга, жировой ткани или пуповины, часто исследуются из-за их иммуномодуляторных свойств, относительной простоты изоляции и низкой иммуногенности, что позволяет им влиять на воспаление после инсульта и выделять нейротрофные факторы, поддерживающие выживание нейронов и ремоделирование сосудов62,63. НСК, полученные из ткани мозга плода или дифференцированные от плюрипотентных стволовых клеток, могут способствовать восстановлению нейронных цепей путём дифференцировки в нейроны и глиальные клетки, тем самым поддерживая синаптическуюпластичность 64. iPSC предлагают возможность проведения специфических для пациента терапий, которые могут снижать иммунное отторжение, и были изучены по их способности дифференцироваться в дофаминергические нейроны и другие нейронные линии, важные длянейрореставрации 65,66.

Процедуры трансплантации, сроки и дозировка являются важными параметрами, влияющими на терапевтические результаты. Ранняя трансплантация в подострой постинсультной фазе связана с улучшением результатов, возможно, из-за повышенной пластичности мозга, хотя задержка введения может также приносить пользу, уменьшая хроническое воспаление и стимулируяангиогенез 63,67. Пути доставки варьируются от внутримозговой до внутрижелудочковой инъекции, каждая из которых включает компромиссы в инвазивности, прищеплении клеток и распределении. Оптимизация дозы клеток остаётся областью исследований, с целью сбалансировать терапевтические эффекты с потенциальными рисками, такими как опухологенность или образование эктопическойткани 68. Кроме того, экзосомы из стволовых клеток привлекли внимание как свободные от клеток альтернативы, несут биоактивные молекулы, способные воспроизводить некоторые эффекты, опосредованные стволовыми клетками, без проблем с биобезопасностью, связанных с трансплантацией живыхклеток 69. Несмотря на обнадёживающие доклинические результаты, перевод в клинические испытания даёт смешанные результаты, отражая вызовы, связанные с выживаемостью, интеграцией и стандартизациейклеток 70. В совокупности исследования на животных подчёркивают разнообразные механизмы, с помощью которых методы на основе стволовых клеток могут поддерживать восстановление, включая секрецию нейротрофических факторов, иммуномодуляцию, ангиогенез и, в некоторых случаях, замещение клеток, предоставляя полезную платформу для трансляционных исследований в реабилитации после инсульта.

Методы нейромодуляции

Подходы к нейромодуляции, такие как повторяющаяся rTMS и электрическая стимуляция, всё чаще изучаются на животных моделях для повышения нейропластичности и поддержки функционального восстановления после инсульта. Эти неинвазивные или минимально инвазивные методы регулируют возбудимость коры и способствуют реорганизации нейронных сетей, участвующих в моторных и когнитивных функциях. Передавая повторяющиеся магнитные импульсы, rTMS может увеличивать или уменьшать нейронную активность в зависимости от параметров стимуляции, тем самым влияя на синаптическую пластичность и реорганизацию картыкоры 11. Методы электрической стимуляции, включая стимуляцию спинного мозга и глубокую стимуляцию мозга, также связаны с модуляцией нейронных цепей и улучшением моторного восстановления в доклинических моделяхинсульта 9,12.

В исследованиях на животных сообщается, что сочетание нейромодуляции с поведенческим обучением улучшает моторную функцию, что предполагает, что стимуляция может подготовить нейронные субстраты к пластичности, зависящей отопыта 13. С механической точки зрения нейромодуляция связана с повышенной синаптической эффективностью, дендритным ремоделированием и модуляцией нейротрансмиттерных систем, включая глутаматергическую и ГАМКергическую сигнализацию, что способствует реорганизации нейронныхсетей 14. Кроме того, нейромодуляция влияет на нейровоспалительные реакции и нейроваскулярную связь, что потенциально способствует благоприятной среде для восстановления. Новые технологии, такие как сонотермогенетика, использующая фокусированный ультразвук для активации термочувствительных ионных каналов, таких как TRPV1, предлагают дополнительные подходы для точной, неинвазивной нейромодуляции с потенциальной терапевтическойзначимостью 24. Постоянное уточнение параметров стимуляции и таргетирования стратегий на животных моделях продолжает влиять на разработку клинических протоколов, направленных на улучшение функциональных результатов во время реабилитации после инсульта. Однако вариабельность результатов исследований и трудности в воспроизведении точных параметров стимуляции остаются важными препятствиями для клиническогоперевода 71.

Фармакологические вмешательства и обогащение окружающей среды

Фармакологические вмешательства, направленные на механизмы нейрорепрессации, показали потенциал для поддержки послеинсультного функционального восстановления на животных моделях. Нейротрофные факторы, противовоспалительные агенты и модуляторы нейромедиаторных систем были оценены на их роль в стимулировании нейрогенеза, ангиогенеза и синаптической пластичности. Например, препараты, повышающие экспрессию BDNF или ингибирующие провоспалительные цитокины, показали улучшение моторных и когнитивных результатов вдоклинических исследованиях 12. Кроме того, исследуются переработанные препараты с установленными профилями безопасности для расширения терапевтических возможностей восстановления послеинсульта 25.

Обогащение окружающей среды (ЭЭ), определяемое повышением сенсорной, когнитивной и социальной стимуляции, широко используется на животных моделях как нефармакологическая стратегия для повышения нейропластичности и функционального восстановления. ЭЭ способствует опытно-зависимому синаптическому ремоделированию, нейрогенезу и ангиогенезу, что может способствовать улучшению моторных и когнитивных функций72,73. Также сообщалось, что ЭЭ повышает уровень нейротрофических факторов, таких как рецепторы BDNF и фибробластных факторов роста, которые участвуют в пролиферации стволовых клеток и дифференцировкенейронов 74. Кроме того, ЭЭ может влиять на нейровоспалительные реакции и поддерживать функцию олигодендроцитов, потенциально способствуя ремиелинизации и поддержанию целостности нейронныхцепей 5. Сочетание фармакологического лечения с ЭЭ может дать аддитивные или синергетические эффекты, улучшающие результатыреабилитации 12. В совокупности эти подходы подчёркивают важность мультимодальных стратегий, которые интегрируют фармакологические и экологические факторы для улучшения восстановления после инсульта на животных моделях, что может быть актуально для клинической реабилитации. Сравнительный обзор основных обсуждаемых стратегий реабилитации, включая их основные механизмы и подтверждающие данные из исследований на животных, приведён в таблице 4.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Выводы

В заключение, животные модели незаменимы для выяснения механизмов долгосрочного функционального восстановления после ишемического инсульта и оценки терапевтическихстратегий 75. Интеграция мультимодальных оценок в эти модели значительно повысила строгость и трансляционный потенциал доклиническихисследований 4,76. Эта интегрированная структура имеет решающее значение для выявления терапевтических целей, которые могут быть упущены в одномодал...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

У авторов нет конфликтов интересов, которые нужно раскрывать.

Благодарности

Эта работа была поддержана Фондом исследований и разработок аффилированной больницы (учебной больницы) Второго медицинского университета Шаньдуна (No 2024FYM048); проект медицинской науки и технологий здравоохранения провинции Шаньдун (No 202403071140); Департамент науки и технологий Государственного управления традиционной китайской медицины (No GZY-KJS-SD-2023-024) и муниципальной санитарной комиссии Вэйфан (No WFWSJK-2025-009).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Ссылки

  1. GBD 2019 Stroke Collaborators. Global, regional, and national burden of stroke and its risk factors, 1990-2019: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2019. Lancet Neurol. 20 (10), 795-820 (2019).
  2. Saini, V., Guada, L., Yavagal, D. R. Global Epidemiology of Stroke and Access to Acute Ischemic Stroke Interventions. Neurology. 97 (20 Suppl 2), S6-S16 (2021).
  3. Katan, M., Luft, A. Global burden of stroke. Semin Neurol. 38 (2), 208-211 (2018).
  4. Stinear, C. M., Lang, C. E., Zeiler, S., Byblow, W. D. Advances and challenges in stroke rehabilitation. Lancet Neurol. 19 (4), 348-360 (2020).
  5. Hermann, D. M., Chopp, M. Promoting brain remodelling and plasticity for stroke recovery: therapeutic promise and potential pitfalls of clinical translation. Lancet Neurol. 11 (4), 369-380 (2012).
  6. Murphy, T. H., Corbett, D. Plasticity during stroke recovery: from synapse to behaviour. Nat. Rev. Neurosci. 10 (12), 861-872 (2009).
  7. Zhao, L. R., Willing, A. Enhancing endogenous capacity to repair a stroke-damaged brain: An evolving field for stroke research. Prog Neurobiol. 163-164, 5-26 (2018).
  8. Iadecola, C., Anrather, J. The immunology of stroke: from mechanisms to translation. Nat. Med. 17 (7), 796-808 (2011).
  9. Wang, L., Xiong, X., Zhang, L., Shen, J. Neurovascular coupling in the post-stroke brain. Neurosci. Bull. 37 (6), 861-874 (2021).
  10. Sozmen, E. G., Hinman, J. D., Carmichael, S. T. Models that matter: White matter stroke models. Neurotherapeutics. 9 (2), 349-358 (2012).
  11. Cheng, M. Y., et al. Combined neuromodulation and rehabilitation enhances synaptic plasticity and motor map reorganization in a mouse model of photothrombotic stroke. eLife. 12, RP89123(2023).
  12. Lee, J. K., Carmichael, S. T., Kim, H. Y. Rodent models of ischemic stroke: A critical platform for benchmarking rehabilitative and neuromodulatory interventions. Exp. Neurol. 382, 114820(2024).
  13. Dromerick, A. W., et al. Very Early Constraint-Induced Movement during Stroke Rehabilitation (VECTORS): A single-center RCT. Neurology. 73 (3), 195-201 (2009).
  14. Langhorne, P., Coupar, F., Pollock, A. Motor recovery after stroke: a systematic review. Lancet Neurol. 8 (8), 741-754 (2009).
  15. Baskin, A., Cafferty, W. B. J., Stinear, C. M. Intensity and timing of rehabilitation after stroke: Translating principles from animal models to clinical practice. Neurorehabil. Neural Repair. 37 (9), 583-595 (2023).
  16. Schäbitz, W. R., Schwab, S. Promoting brain repair and regeneration after stroke: a plea for cell-based therapies. Curr. Opin. Neurol. 23 (6), 639-644 (2010).
  17. Chen, A., Wang, Y. Combined administration of a BDNF mimetic and task-specific training synergistically enhances cortical plasticity and functional recovery after photothrombotic stroke in mice. J. Neurosci. 44 (15), e1509232024(2024).
  18. Allman, C., Grefkes, C. Non-invasive brain stimulation to augment stroke recovery: Insights from animal models on mechanisms and optimal protocols. Brain Stimul. 16 (3), 777-789 (2023).
  19. Boltze, J., Jolkkonen, J. Advanced therapeutic approaches for stroke recovery: Stem cells, biomaterials, and gene therapy in preclinical models. Nat. Rev. Neurol. 20 (2), 98-115 (2024).
  20. Liu, Y., Li, J., Wang, J. Neuroprotective circular RNAs in ischemic stroke: mechanisms and therapeutic potential. Mol. Ther. Nucleic Acids. 32, 888-899 (2023).
  21. Tornero, D., et al. Human iPSC-derived cortical neural progenitors promote functional recovery via bystander mechanisms in a mouse model of ischemic stroke. Cell Stem Cell. 30 (4), 532-549 (2023).
  22. Wang, Y., et al. Exosome-mediated delivery of circular RNA cZNF292 promotes angiogenesis and functional recovery after ischemic stroke via the miR-29b-3p/STAT3 axis. J. Extracell. Vesicles. 12 (8), e12345(2023).
  23. Zhang, H., Chopp, M. Extracellular vesicles as next-generation therapeutics for stroke: Engineering, mechanisms, and translation. Nat. Rev. Neurol. 20 (4), 235-250 (2024).
  24. Li, Y., et al. Pharmacological activation of regulatory T cells with low-dose IL-2 promotes white matter repair and long-term cognitive recovery after stroke. Neuron. 111 (15), 2450-2467.e9 (2023).
  25. Jayaraj, R. L., et al. Targeting oxidative stress and neuroinflammation with repurposed drugs: A promising strategy for enhancing endogenous repair after stroke. Pharmacol. Ther. 254, 108592(2024).
  26. Biasiucci, A., et al. Closed-loop brain-computer interface coupled with functional electrical stimulation enhances cortical reorganization and motor recovery after stroke in rats. Sci. Transl. Med. 15 (712), eadd1503(2023).
  27. Klamroth-Marganska, V., Riener, R. Robot-assisted upper limb rehabilitation after stroke: From preclinical evidence to personalized clinical protocols. J. Neuroeng. Rehabil. 21 (1), 45(2024).
  28. Hafez, S., et al. Modeling metabolic syndrome in animal models of stroke: Impact on injury progression, repair mechanisms, and therapeutic testing. Transl. Stroke Res. 14 (6), 863-878 (2023).
  29. Prakash, R., Carmichael, S. T. Hypertension and diabetes exacerbate post-stroke cerebrovascular dysfunction and hinder rehabilitation in rodent models. J. Cereb. Blood Flow Metab. 44 (1), 56-71 (2024).
  30. Schaeffer, L. R., et al. A non-human primate model of cortical ischemic stroke for evaluating complex motor recovery and network-level interventions. Brain. 147 (4), 1450-1465 (2024).
  31. Wahl, A. S., Schwab, M. E. Finding an optimal rehabilitation paradigm after stroke: enhancing fiber growth and training of the brain at the right moment. Front. Hum. Neurosci. 8, 381(2014).
  32. Uchida, H., et al. Refinements in intraluminal filament MCAO technique improve reproducibility and translational relevance in mice. J. Cereb. Blood Flow Metab. 43 (6), 932-945 (2023).
  33. Zhang, L., et al. A novel autologous thrombus model for evaluating thrombolytic and neuroprotective therapies in rats. Stroke. 54 (5), 1367-1378 (2023).
  34. Lee, J. K., Kim, H. Y. Advances in photothrombotic stroke models: Towards precise cortical targeting and behavioral phenotyping. Front. Cell. Neurosci. 18, 1352104(2024).
  35. Boltze, J., et al. Large animal models for stroke translation: Bridging the gap between rodents and humans. Nat. Rev. Neurol. 20 (3), 145-159 (2024).
  36. Schaeffer, L. R., Doyon, J. Non-human primate models of stroke recovery: Unique insights into neural circuitry and rehabilitation. Neurobiol. Dis. 180, 106088(2023).
  37. Fordsmann, J. C., et al. Increased 20-HETE synthesis explains reduced cerebral blood flow but not impaired neurovascular coupling after cortical spreading depression in rat cerebral cortex. J. Neurosci. 33 (6), 2562-2570 (2013).
  38. Wang, Y., et al. Humanized hamster models with LDLR/ABCA1 deficiencies elucidate the role of lipid metabolism in post-stroke cognitive impairment. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 44 (1), 200-213 (2024).
  39. Baskin, A., et al. Longitudinal behavioral assessment after stroke in mice: A practical guide to the skilled reaching, cylinder, and rotarod tests. Behav. Brain Res. 437, 114130(2023).
  40. Farr, T. D., Whishaw, I. Q. Compensation versus true recovery in post-stroke rodent behavior: Challenges in interpretation and measurement. Neurosci. Biobehav. Rev. 144, 104982(2023).
  41. Chen, Q., et al. Automated gait analysis systems in rodent models of CNS injury: From kinematics to biomarker discovery. J. Neurosci. Methods. 385, 109767(2023).
  42. García, M. R., et al. Multimodal MRI for longitudinal tracking of neurovascular unit remodeling and functional connectivity after experimental stroke. NeuroImage. 285, 120480(2024).
  43. Ohene, Y., et al. High-field MRA and DWI reveal dynamic changes in cerebral perfusion and tissue fate during the subacute phase of stroke recovery in a rat model. Stroke. 56 (1), e1-e10 (2025).
  44. James, M. L., Shih, Y. I. Imaging the recovering brain: PET and fMRI in preclinical stroke recovery research. J. Cereb. Blood Flow Metab. 44 (2), 185-202 (2024).
  45. Lynch, J. R., et al. Novel blood biomarkers of neurological recovery after stroke: a narrative review. Stroke. 53 (2), 645-653 (2022).
  46. Fisher, M., et al. Update of the stroke therapy academic industry roundtable preclinical recommendations. Stroke. 40 (6), 2244-2250 (2009).
  47. Carey, L. M., Seitz, R. J. Functional neuroimaging in stroke recovery and neurorehabilitation: conceptual issues and perspectives. Int. J. Stroke. 14 (8), 778-788 (2019).
  48. Li, S., Carmichael, S. T. Growth-associated gene and protein expression in the region of axonal sprouting in the aged brain after stroke. Neurobiol. Dis. 23 (2), 362-373 (2006).
  49. Wang, H., Li, Y., Wang, J., Zhang, Y. Neutralization of the neurite growth inhibitor Nogo-A promotes angiogenesis and functional recovery after experimental stroke. J. Cereb. Blood Flow Metab. 42 (5), 789-804 (2022).
  50. Liu, J., Wang, Y., Akamatsu, Y. Telomerase reverse transcriptase (TERT) promotes angiogenesis and blood-brain barrier integrity in neonatal hypoxic-ischemic brain damage via the Notch-1 pathway. Exp. Neurol. 345, 113814(2021).
  51. Zhang, Q., Chen, S., Yu, Z. The deubiquitinase UCHL1 stabilizes Sox17 in endothelial cells to promote angiogenesis and blood-brain barrier restoration after spinal cord injury. Cell Death Differ. 30 (2), 456-468 (2023).
  52. Li, Y., et al. Activation of the CD200-CD200R1 axis ameliorates neuroinflammation and promotes functional recovery after experimental stroke by shifting microglial polarity. Brain Behav. Immun. 115, 550-562 (2024).
  53. Zhang, X., et al. EZH2 inhibition reprograms microglia to a protective phenotype and promotes white matter repair after ischemic stroke. J. Neurosci. 43 (42), 7025-7041 (2023).
  54. Xu, S., et al. MicroRNA-155 inhibition attenuates neuroinflammation and improves long-term cognitive function in aged stroke mice by targeting SOCS1. Mol. Ther. Nucleic Acids. 35, 102169(2024).
  55. Lee, J., et al. Gut microbiota-derived acetate promotes post-stroke angiogenesis and neurological recovery in aged mice via endothelial GPR41/43 signaling. Nat. Commun. 14 (1), 4743(2023).
  56. Khoshnam, S. E., et al. Integrating comorbidities into preclinical stroke recovery research: A roadmap for enhancing translational predictivity. Transl. Stroke Res. 14 (5), 665-678 (2023).
  57. Popa-Wagner, A., et al. The aged brain in stroke recovery: Mechanisms of impaired plasticity and therapeutic opportunities. Aging Dis. 15 (2), 406-425 (2024).
  58. McCullough, L. D., Liu, F. Sex differences in stroke recovery: Preclinical insights and clinical implications. Stroke. 54 (1), 11-20 (2023).
  59. Prakash, R., Carmichael, S. T. Hypertension and diabetes exacerbate post-stroke cerebrovascular dysfunction and hinder rehabilitation in rodent models. J. Cereb. Blood Flow Metab. 44 (1), 56-71 (2024).
  60. Vorhees, C. V., Williams, M. T. Assessing cognitive deficits in rodent models of ischemic stroke: A critical review of the Morris water maze and novel object recognition tests. Neurosci. Biobehav. Rev. 150, 105198(2023).
  61. Kronenberg, G., et al. Validation of behavioral paradigms for modeling post-stroke depression and anxiety in mice: Focus on the elevated plus maze and forced swim test. Behav. Brain Res. 456, 114707(2024).
  62. Chen, Y., et al. Umbilical cord-derived mesenchymal stem cells modulate microglial polarization and promote synaptic plasticity via exosomal miR-21-5p after stroke. Stem Cell Res. Ther. 14 (1), 205(2023).
  63. Huang, L., et al. Timing and dose optimization of MSC transplantation for stroke recovery: A meta-analysis of preclinical studies. Biomaterials. 305, 122461(2024).
  64. Tornero, D., et al. Human iPSC-derived neural progenitor cells promote functional recovery in a non-human primate model of cortical stroke. Brain. 146 (11), 4567-4581 (2023).
  65. Kikuchi, T., Morizane, A., Doi, D. Human iPS cell-derived dopaminergic neurons function in a primate Parkinson's disease model. Nature. 548 (7669), 592-596 (2017).
  66. Song, M., et al. Patient-specific iPSC-derived dopaminergic progenitors improve motor function in a rodent model of striatal stroke. Cell Stem Cell. 31 (2), 227-240.e8 (2024).
  67. Zhang, G., Li, Y., Reuss, J. L. Early versus delayed transplantation of bone marrow-derived mesenchymal stem cells in stroke models: A systematic review and meta-analysis. Stem Cell Res. Ther. 10 (1), 233(2019).
  68. Bang, O. Y., Kim, E. H. Clinical trials of stem cell therapy for stroke: Lessons learned and future directions. Stroke. 54 (4), 1132-1141 (2023).
  69. Webb, R. L., et al. MSC-derived exosomes as a cell-free therapy for stroke: Mechanisms, manufacturing, and preclinical evidence. J. Control. Release. 354, 771-785 (2023).
  70. Savitz, S. I., Cramer, S. C. Cell therapy for stroke: The disconnect between early translational success and late clinical trial failure. JAMA Neurol. 74 (6), 635-636 (2017).
  71. Lefaucheur, J. P., et al. Repetitive transcranial magnetic stimulation for stroke recovery: From animal models to clinical trials-addressing the translational gap. Lancet Neurol. 23 (3), 291-304 (2024).
  72. Nithianantharajah, J., Hannan, A. J. Enriched environments, experience-dependent plasticity and disorders of the nervous system. Nat. Rev. Neurosci. 7 (9), 697-709 (2006).
  73. Janssen, H., et al. An enriched environment improves sensorimotor function post-ischemic stroke. Neurorehabil. Neural Repair. 24 (9), 802-813 (2010).
  74. Rossi, C., et al. Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) is required for the enhancement of hippocampal neurogenesis following environmental enrichment. Eur. J. Neurosci. 24 (7), 1850-1856 (2006).
  75. Boltze, J., et al. The future of preclinical stroke recovery research: Integrating multimodal assessments to enhance translational value. Nat. Rev. Neurol. 20 (5), 289-305 (2024).
  76. Pekna, M., Pekny, M. The interplay between neuroplasticity, angiogenesis, and neuroinflammation in post-stroke brain repair. Prog. Neurobiol. 225, 102437(2023).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Теги

Нейропластичностьангиогенезгематоэнцефалический барьернейровоспалениеаксональное ремоделированиетерапия стволовыми клеткамиметоды нейромодуляции