Электронно-микроскопическое исследование неокортекса сирийских хомяков (Mesocricetus auratus) при инфекции вируса SARS-CoV-2 (Coronaviridae: Coronavirinae: Betacoronavirus: Sarbecovirus)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. У пациентов, перенёсших COVID-19, выявляют признаки поражения центральной нервной системы, в том числе непосредственно ассоциированные с вирусом SARS-CoV-2. В связи с этим особую актуальность приобретают морфологические исследования изменений, вызываемых SARS-CoV-2, в коре головного мозга для изучения механизмов их формирования и разработки подходов к доклинической оценке эффективности противовирусных лекарственных средств.

Цель работы – изучение динамики ультраструктурных изменений в неокортексе сирийских хомяков после заражения вирусом SARS-CoV-2.

Материалы и методы. Самцов сирийских хомяков массой тела 80–100 г в возрасте 4–6 недель интраназально заражали 26 мкл культуры SARS-CoV-2 с концентрацией вирусных частиц 4×104 ТЦД50/мл. Эвтаназию выполняли на 3-и, 7-е или 28-е сутки после заражения, мозг извлекали с иссечением коры. Исследование материала проводили методом трансмиссионной электронной микроскопии.

Результаты и обсуждение. Установлено, что через трое суток после заражения в неокортексе возрастает количество умеренно гиперхромных нейронов, тогда как к 7-м суткам значимо увеличивается количество апоптотических клеток. В эти же сроки нарастают признаки нейронофагии и представительство атипичной глии. На 28-е сутки после заражения животных возрастает количество деструктивно изменённых олигодендроцитов. Показано, что вирусная инвазия уже на 3-и сутки после заражения сопряжена с конформационными изменениями клеток неокортекса – преобразованиями ядра, шероховатого эндоплазматического ретикулума и аппарата Гольджи, а также со спазмом микрососудов в сочетании с отёком периваскулярного пространства.

Заключение. В результате электронно-микроскопического исследования описаны ультраструктурные изменения неокортекса на экспериментальной модели инфекции SARS-CoV-2. Полученные данные могут быть применены для изучения патогенеза инфекции и поиска направлений разработки новых лекарственных средств.

Об авторах

Наталья Михайловна Парамонова

ФГБУ «Государственный научно-исследовательский испытательный институт военной медицины» Министерства обороны Российской Федерации; ФГБУН «Институт эволюционной физиологии и биохимии имени И.М. Сеченова» Российской академии наук

Email: gniiivm_2@mil.ru
ORCID iD: 0000-0001-5451-3555
SPIN-код: 2945-3310

старший научный сотрудник

Россия, 195043, г. Санкт-Петербург; 194223, г. Санкт-Петербург

Сергей Викторович Чепур

ФГБУ «Государственный научно-исследовательский испытательный институт военной медицины» Министерства обороны Российской Федерации

Email: gniiivm_2@mil.ru
ORCID iD: 0000-0002-7625-2744
SPIN-код: 3828-6730

доктор медицинских наук, профессор, начальник

Россия, 195043, г. Санкт-Петербург

Мария Олеговна Первак

ФГБУ «Государственный научно-исследовательский испытательный институт военной медицины» Министерства обороны Российской Федерации

Email: gniiivm_7@mil.ru
ORCID iD: 0000-0002-1395-823X

младший научный сотрудник

Россия, 195043, г. Санкт-Петербург

Вадим Александрович Мясников

ФГБУ «Государственный научно-исследовательский испытательный институт военной медицины» Министерства обороны Российской Федерации

Email: gniiivm_7@mil.ru
ORCID iD: 0000-0001-7232-4678

кандидат медицинских наук, начальник научно-исследовательского испытательного центра

Россия, 195043, г. Санкт-Петербург

Михаил Александрович Тюнин

ФГБУ «Государственный научно-исследовательский испытательный институт военной медицины» Министерства обороны Российской Федерации

Email: gniiivm_7@mil.ru
ORCID iD: 0000-0002-6974-5583
SPIN-код: 6161-7029

кандидат медицинских наук, заместитель начальника научно-исследовательского испытательного центра

Россия, 195043, г. Санкт-Петербург

Никита Сергеевич Ильинский

ФГБУ «Государственный научно-исследовательский испытательный институт военной медицины» Министерства обороны Российской Федерации

Email: nika_il2@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7406-753X
SPIN-код: 5511-7800

заместитель начальника научно-исследовательского отдела

Россия, 195043, г. Санкт-Петербург

Борис Александрович Каневский

ФГБУ «Государственный научно-исследовательский испытательный институт военной медицины» Министерства обороны Российской Федерации

Email: gniiivm_7@mil.ru
ORCID iD: 0000-0002-6255-8232
SPIN-код: 2549-9294

заместитель начальника научно-исследовательского отдела

Россия, 195043, г. Санкт-Петербург

Анна Владимировна Смирнова

ФГБУ «Государственный научно-исследовательский испытательный институт военной медицины» Министерства обороны Российской Федерации

Автор, ответственный за переписку.
Email: janis_1@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0483-5032
SPIN-код: 4897-0219

научный сотрудник

Россия, 195043, г. Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Чепур С.В., Плужников Н.Н., Чубарь О.В., Бакулина Л.С., Литвиненко И.В., Макаров В.А. и др. Респираторные РНК-вирусы: как подготовиться к встрече с новыми пандемическими штаммами. Успехи современной биологии. 2020; 140(4): 359–77. https://doi.org/10.31857/S0042132420040043
  2. Machhi J., Herskovitz J., Senan A.M., Dutta D., Nath B., Oleynikov M.D., et al. The Natural History, Pathobiology, and Clinical Manifestations of SARS-CoV-2 Infections. J. Neuroimmune Pharmacol. 2020; 15(3): 359–86. https://doi.org/10.1007/s11481-020-09944-5
  3. Харченко Е.П. Коронавирус SARS-CoV-2: особенности структурных белков, контагиозность и возможные иммунные коллизии. Эпидемиология и вакцинопрофилактика. 2020; 19(2): 13–30. https://doi.org/10.31631/2073-3046-2020-19-2-13-30
  4. Бруякин С.Д., Макаревич Д.А. Структурные белки коронавируса SARS-CoV-2: роль, иммуногенность, суперантигенные свойства и возможности использования для терапевтических целей. Вестник Волгоградского государственного медицинского университета. 2021; (2): 18–27. https://doi.org/10.19163/1994-9480-2021-2(78)-18-27
  5. Пащенков М.В., Хаитов М.Р. Иммунный ответ против эпидемических коронавирусов. Иммунология. 2020; 41(1): 5–18. https://doi.org/10.33029/0206-4952-2020-41-1-5-18
  6. Pan Y., Li X., Yang G., Fan J., Tang Y., Zhao J., et al. Serological immunochromatographic approach in diagnosis with SARS-CoV-2 infected COVID-19 patients. J. Infect. 2020; 81(1): e28–32. https://doi.org/10.1016/j.jinf.2020.03.051
  7. Rodríguez Y., Novelli L., Rojas M., De Santis M., Acosta-Ampudia Y., Monsalve DM., et al. Autoinflammatory and autoimmune conditions at the crossroad of COVID-19. J. Autoimmun. 2020; 114: 102506. https://doi.org/10.1016/j.jaut.2020.102506
  8. Nalbandian A., Sehgal K., Gupta A., Madhavan M.V., McGroder C., Stevens J.S., et al. (2021). Post-acute COVID-19 syndrome. Nat. Med. 2021; 27(4): 601–15. https://doi.org/10.1038/s41591-021-01283-z
  9. Mao L., Jin H., Wang M., Hu Y., Chen S., He Q., et al. Neurologic manifestations of hospitalized patients with coronavirus disease 2019 in Wuhan, China. JAMA Neurol. 2020; 77(6): 683–690. https://doi.org/10.1001/jamaneurol.2020.1127
  10. Pinna P., Grewal P., Hall J.P., Tavarez T., Dafer R.M., Garg R., et al. Neurological manifestations and COVID-19: Experiences from a tertiary care center at the Frontline. Journal of the neurological sciences. J. Neurol. Sci. 2020; 415: 116969. https://doi.org/10.1016/j.jns.2020.116969
  11. Zhou F., Yu T., Du R., Fan G., Liu Y., Liu Z., et al. Clinical course and risk factors for mortality of adult inpatients with COVID-19 in Wuhan, China: a retrospective cohort study. Lancet. 2020; 395(10229): 1054–62. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(20)30566-3
  12. Xiao A.T., Gao C., Zhang S. Profile of specific antibodies to SARS-CoV-2: The first report. J. Infect. 2020; 81(1): 147–78. https://doi.org/10.1016/j.jinf.2020.03.012
  13. Logunov D.Y., Dolzhikova I.V., Shcheblyakov D.V., Tukhvatulin A.I., Zubkova O.V., Dzharullaeva A.S., et al. Safety and efficacy of an rAd26 and rAd5 vector-based heterologous prime-boost COVID-19 vaccine: an interim analysis of a randomised controlled phase 3 trial in Russia. Lancet. 2021; 397(10275): 671–81. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(21)00234-8
  14. Jones I., Roy P. Sputnik V COVID-19 vaccine candidate appears safe and effective. Lancet. 2021; 397(10275): 642–3. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(21)00191-4
  15. Dassarma B., Tripathy S., Matsabisa M. Emergence of ancient convalescent plasma (CP) therapy: to manage COVID-19 pandemic. Transfus. Clin. Biol. 2021; 28(1): 123–127. https://doi.org/10.1016/j.tracli.2020.11.004
  16. Chakraborty C., Sharma A.R., Sharma G., Bhattacharya M., Lee S.S. SARS-CoV-2 causing pneumonia-associated respiratory disorder (COVID-19): diagnostic and proposed therapeutic options. Eur. Rev. Med. Pharmacol. Sci. 2020; 24(7): 4016–26. https://doi.org/10.26355/eurrev_202004_20871
  17. Wu X., Yu K., Wang Y., Xu W., Ma H., Hou Y., et al. Efficacy and safety of Triazavirin therapy for coronavirus disease 2019: a pilot randomized controlled trial. Engineering (Beijing). 2020; 6(10): 1185–91. https://doi.org/10.1016/j.eng.2020.08.011
  18. Chan J.F.W., Zhang A.J., Yuan S., Poon V.K.M., Chan C.C.S., Lee A.C.Y., et al. Simulation of the clinical and pathological manifestations of coronavirus disease 2019 (COVID-19) in a golden Syrian hamster model: implications for disease pathogenesis and transmissibility. Clin. Infect. Dis. 2020; 71(9): 2428–46. https://doi.org/10.1093/cid/ciaa325
  19. TaŞtan C., Yurtsever B., Sir KarakuŞ G., Dİlek KanÇaĞi D., Demİr S., Abanuz S., et al. SARS-CoV-2 isolation and propagation from Turkish COVID-19 patients. Turk. J. Biol. 2020; 44(3): 192–202. https://doi.org/10.3906/biy-2004-113
  20. Yao P., Zhang Y., Sun Y., Gu Y., Xu F., Su B., et al. Isolation and growth characteristics of SARS-CoV-2 in vero cell. Virol. Sin. 2020; 35(3): 348–50. https://doi.org/10.1007/s12250-020-00241-2
  21. Reed L.J., Muench H. A simple method of estimating fifty percent endpoints. Am. J. Hygiene. 1938; 27: 493–7. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.aje.a118408
  22. Макаренко И.Е., Авдеева О.И., Ванатиев Г.В., Рыбакова А.В., Ходько С.В., Макарова М.Н. и др. Возможные пути и объемы введения лекарственных средств лабораторным животным. Международный вестник ветеринарии. 2013; (3): 72–84.
  23. Гайер Г., ред. Электронная гистохимия. Пер. с нем. М.: Мир; 1974.
  24. Saraste J., Prydz K. Assembly and cellular exit of coronaviruses: hijacking an unconventional secretory pathway from the pre-Golgi intermediate compartment via the golgi ribbon to the extracellular space. Cells. 2021; 10(3): 503. https://doi.org/10.3390/cells10030503
  25. Hackstadt T., Chiramel A.I., Hoyt F.H., Williamson B.N., Dooley C.A., Beare P.A., et al. Disruption of the Golgi apparatus and contribution of the endoplasmic reticulum to the SARS-CoV-2 replication complex. Viruses. 2021; 13(9): 1798. https://doi.org/10.3390/v13091798
  26. Чепур С.В., Мясников В.А., Тюнин М.А., Ильинский Н.С., Никишин А.С., Исаева А.А. и др. Модель новой коронавирусной инфекции у золотистых сирийских хомячков: основные патологические изменения. Биомедицина. 2021; 17(3): 90–4. https://doi.org/10/33647/2074-5982-17-3-90-94
  27. Чепур С.В., Тюнин М.А., Мясников В.А., Алексеева И.И., Владимирова О.О., Ильинский Н.С. и др. Поражение органов и тканей SARS-CoV-2: биологическая модель на сирийских хомяках Mesocricetus auratus для экспериментальных (доклинических) исследований. Клиническая и экспериментальная морфология. 2021; 10(4): 25–34. https://doi.org/10.31088/CEM2021.10.4.25-34
  28. Billioux B.J., Smith B., Nath A. Neurological complications of Ebola virus infection. Neurotherapeutics. 2016; 13(3): 461–70. https://doi.org/10.1007/s131311-016-0457-z
  29. Чепур С.В., Плужников Н.Н., Сайганов С.А., Бакулина Л.С., Чубарь О.В., Юдин М.А. и др. Гипотеза матричного синтеза апериодических полисахаридов. Успехи современной биологии. 2019; 139(6): 583–93. https://doi.org/10.1134/S0042132419060012
  30. Sinha N., Balayla G. Hydroxychloroquine and COVID-19. Postgrad. Med. J. 2020; 96(1139): 550–5. https://doi.org/10.1136/postgradmedj-2020-137785

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Ультраструктурные изменения неокортекса сирийских хомяков после заражения SARS-CoV-2 4×104 ТЦД50/мл (26 мкл/особь интраназально): а – умеренно гиперхромный нейрон с деформированным контуром ядра (+), крупным ядрышком (Яш) и скоплением РНК-позитивного материала в цитоплазме; б – апоптоз нейрона на стадии фрагментации ядра, на вклейке – большое скопление вирусов; в – вирусные частицы в терминальных участках неравномерно расширенных канальцев эндоплазматического ретикулума; г – фрагмент дендрита с мультивезикулярными тельцами (МВТ), содержащий вирионы. Электронограммы. Увеличения: а – 16 500; б – 6000; вклейка – 17 000; в, г – 60 000.

Скачать (601KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Варианты вирусных «фабрик» в неокортексе сирийских хомяков после заражения SARS-CoV-2 4×104 ТЦД50/мл (26 мкл/особь интраназально): а – вирусные «фабрики», сформированные в нейронах комплексом Гольджи; б – в дендритах нейронов «фабрики» сформированы аппаратом Гольджи и шероховатым эндоплазматическим ретикулумом уже на 3-и сутки инфицирования; в эпендимоцитах (в) и эндотелии пиальных сосудов (г) вирусный процессинг в основном задействует структуры эндоплазматического ретикулума. Электронограммы. Увеличения: а – 43 000; б – 26 500; в – 60 000; г – 26 500.

Скачать (542KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Повреждение олигодендроцитов и миелинового аппарата в неокортексе сирийских хомяков на 7-е сутки после заражения SARS-CoV-2 4×104 ТЦД50/мл (26 мкл/особь интраназально): а – проявления валлеровского перерождения с тёмной дегенерацией нейрита; б – апоптоз олигодендроцита на стадии фрагментации ДНК; в – дезорганизация миелинового аппарата в зоне перехвата Ранвье; г – расслоение ламелл миелиновой оболочки. Электронограммы. Увеличения: а – 43 000; б – 11 500; в – 16 500; г – 26 500.

Скачать (688KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Структурные изменения гематоэнцефалического барьера в неокортексе сирийских хомяков после заражения SARS-CoV-2 4×104 ТЦД50/мл (26 мкл/особь интраназально): а – спазмированный капилляр с отёчным периваскулярым пространством (ПВПр); б – прямой контакт (стрелки) нейрона (Н) с микрососудом, заполненным эритроцитами (Эр); в – спящий резервный капилляр, просвет (ПрК) которого перекрыт ядром эндотелиоцита (ЯЭц); г – вирусные тельца проникают в нейрон (Н), преодолевая базальную мембрану (БМ) сосуда. Электронограммы. Увеличения: а – 6000; б – 4200; в – 11 500; г – 60 000.

Скачать (623KB)
Метаданные

© Парамонова Н.М., Чепур С.В., Первак М.О., Мясников В.А., Тюнин М.А., Ильинский Н.С., Каневский Б.А., Смирнова А.В., 2022

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

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».