Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine
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v.22
no.4
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pp.835-840
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2008
Acupuncture has long been contended to be effective in an ischemic stroke. A real-time monitoring of glutamate, an excitotoxin in the process of ischemic neuronal damage, in the striatum is tried in a rat model of global ischemia. Global ischemia was induced by the 11 vessel occlusion method for 10 minutes, during which acupuncture stimulation on GB34 and GB39 points was executed. Glutamate release in the rat striatum was monitored 256 times per second using real-time amperometric biosensor. Real time measurement data of 10 minutes prior to the induction of ischemia served as baseline data. Data acquisition continued for 30 minutes after the initiation of reperfusion. Peak concentration of glutamate release along with incidentally measured EEG and cerebral blood flow was compared between cases with and without acupuncture stimulation. Peak concentration of glutamate lowered when acupuncture stimulation was executed. A real time monitoring system of 11 vessel-occlusion induced global ischemia model was successfully established. The effect by acupuncture on acute global ischemia was successfully observed in this real-time monitoring setting, which may be one of the neuroprotective mechanism of acupuncture.
Objectives : The purpose of the present study was to development of neuroprotective antioxidant agents. For the purpose, we investigated the neuroprotective effect of anti oxidant herb, the root of Polygonum cuspidatum on transient focal cerebral ischemia in rats. Methods : The roots of Polygonum cuspidatum were extracted by 85% MeOH (PCE). Radical scavenging effects were investigated using DPPH assay and TBARs (Thiobarbituric acid reaction substance) assay in brian homogenates. Neuroprotective effect was investigated using transient focal cerebral ischemia rat model (2 h of ischemia, 22 h of reperfusion) by behavioral test and measurement of brain damage using 2, 3, 5-triphenyltetrazolium chloride staining. Results : PCE showed potent and dose dependent radical scavenging effects in DPPH and TBARs assay. Oral administration of PCE reduced brain infarct volume by 29.7% and improved the sensory motor functional deficit by 29% compared with vehicle treated group. Conclusions : PCE showed radical scavenging effects and neuroprotective effect on stroke rat model. Therefore, Polygonum cuspidatum could be a candidate for the development of neuroprotective-antioxidant agents.
In several experimental models, estrogens protect neurons against ischemic insults. However, the recent clinical studies of hormone replacement showed negative results to prevent stroke. Therefore, optimal models to study estrogen replacement for neuroprotection are needed before its clinical ap-plication. Organotypic hippocampal slice under oxygen-glucose deprivation (OGD) has been established as a model of cerebral ischemia and has advantages to study drug effects. We investigated whether estrogen protected CAI neurons and affected activation of Akt (pAkt) in CAI region under OGD. Thus, rat hippocampal slices on day 7 of culture were treated with $17-{\beta}$ estradiol (E, 1 nM) for 7 days before 30 min OGD, and cell death of CAI neurons was quantified by propidium iodide (PI) staining and expression of pAkt was studied by Western blot and immunofluorescence. PI intensity in slices treated with E was significantly reduced 72 hour after OGD compared to that of non-treated slices (p < 0.05). E pretreatment also increased the expression of pAkt 72 hour after OGD compared to that of no treatment (p<0.01). These data suggest that estrogen pretreatment may rescue neurons from ischemic insults through the activation of Akt and also indicate that our model would be a useful alternative method to study the mechanisms and effects of estrogen replacement treatment for neuroprotection.
Jing, Fu;Liang, Yu;Qian, Yu;Nengwei, Yu;Fei, Xu;Suping, Li
Journal of Ginseng Research
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v.47
no.2
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pp.274-282
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2023
Background: Ginsenoside compound K (CK) stimulated activation of the PI3K-Akt signaling is one of the major mechanisms in promoting cell survival after stroke. However, the underlying mediators remain poorly understood. This study aimed to explore the docking protein of ginsenoside CK mediating the neuroprotective effects. Materials and methods: Molecular docking, surface plasmon resonance, and cellular thermal shift assay were performed to explore ginsenoside CK interacting proteins. Neuroscreen-1 cells and middle cerebral artery occlusion (MCAO) model in rats were utilized as in-vitro and in-vivo models. Results: Ginsenoside CK interacted with recombinant human PTP1B protein and impaired its tyrosine phosphatase activity. Pathway and process enrichment analysis confirmed the involvement of PTP1B and its interacting proteins in PI3K-Akt signaling pathway. PTP1B overexpression reduced the tyrosine phosphorylation of insulin receptor substrate 1 (IRS1) after oxygen-glucose deprivation/reoxygenation (OGD/R) in neuroscreen-1 cells. These regulations were confirmed in the ipsilateral ischemic hemisphere of the rat brains after MCAO/R. Ginsenoside CK treatment reversed these alterations and attenuated neuronal apoptosis. Conclusion: Ginsenoside CK binds to PTP1B with a high affinity and inhibits PTP1B-mediated IRS1 tyrosine dephosphorylation. This novel mechanism helps explain the role of ginsenoside CK in activating the neuronal protective PI3K-Akt signaling pathway after ischemia-reperfusion injury.
Objective : This study aimed to evaluate the hypotheses that administration routes [intra-arterial (IA) vs. intravenous (IV)] affect the early stage migration of transplanted human bone marrow-derived mesenchymal stem cells (hBM-MSCs) in acute brain infarction. Methods : Male Sprague-Dawley rats (n=40) were subjected to photothrombotic infarction. Three days after photothrombotic infarction, rats were randomly allocated to one of four experimental groups [IA group : n=12, IV group : n=12, superparamagnetic iron oxide (SPIO) group : n=8, control group : n=8]. All groups were subdivided into 1, 6, 24, and 48 hours groups according to time point of sacrifice. Magnetic resonance imaging (MRI) consisting of T2 weighted image (T2WI), $T2^*$ weighted image ($T2^*WI$), susceptibility weighted image (SWI), and diffusion weighted image of rat brain were obtained prior to and at 1, 6, 24, and 48 hours post-implantation. After final MRI, rats were sacrificed and grafted cells were analyzed in brain and lung specimen using Prussian blue and immunohistochemical staining. Results : Grafted cells appeared as dark signal intensity regions at the peri-lesional zone. In IA group, dark signals in peri-lesional zone were more prominent compared with IV group. SWI showed largest dark signal followed by $T2^*WI$ and T2WI in both IA and IV groups. On Prussian blue staining, IA administration showed substantially increased migration and a large number of transplanted hBM-MSCs in the target brain than IV administration. The Prussian blue-positive cells were not detected in SPIO and control groups. Conclusion : In a rat photothrombotic model of ischemic stroke, selective IA administration of human mesenchymal stem cells is more effective than IV administration. MRI and histological analyses revealed the time course of cell migration, and the numbers and distribution of hBM-MSCs delivered into the brain.
Pinelliae rhizoma (Pr, 半夏) is a traditional medicine used in the treatment of incipient stroke. We investigated the effects of Pr on gene expression in a hypoxic model using cultured rat cortical cells. Pr (2.5 $\mu$g/ml) was added to the culture medium on DIV 12. A hypoxic shock (2% 0$_2$/5% CO$_2$, 37$^{\circ}$C, 3 hr) was given two days later (on DIV 14), and total mRNAs were isolated at 24 hr post-shock from both Pr-treated samples and untreated control cultures. Microarray using TwinChip $^{TM}$ Rat-5K (Digital Genomics, Seoul) indicated that Pr upregulated genes for cell growth and differentiation (tubb5, tgfa, ptpn11, n-ras, pdgfa) and antiapoptosis (mcl-1), while downregulating the apoptosis-induced gene (tieg). Therefore, it is interpreted that Pr protects neurons from hypxoic shock by maintaining cell growth and differentiation and by preventing apoptosis.
Objectives: The object of this study is to observe the cognition and motor function recovery effects of Joojakwhan (JJW), a traditional Korean poly-herbal formula for treating various neuropsychiatric diseases such as dementia, for the mildly stroke rats, with 60 minutes of reperfusion transient middle cerebral artery occlusion (tMCAO). Methods: In the present study, 125, 250 and 500 mg/kg of JJW were orally administered, once per day for 10 continuous days 2 hours after the tMCAO. The body weight changes, infarct sizes under 2% 2, 3, 5-triphenyl tetrazolium chloride (TTC) stain, sensorimotor functions and cognitive motor behavior tests were serially monitored with cerebral caspase-3 and cleaved poly (ADP-ribose) polymerase (PARP)-immunoreactivities and histopathological changes. The effects of tMCAO on sensorimotor functions were evaluated by using of limb placing and body-swing tests, and the cognitive motor behaviors were also observed with water maze tests. Results: From the results of tMCAO, with marked decreases of body weights, disorders of sensorimotor functions increases the limb placing test scores, and decrease the numbers and percentages of body swings to the ipsilateral sides. The cognitive motor behaviors increases the distances and time to reach the escape platform which included the inhibitions of the decreases with repeated trials that were observed with focal cerebral cortex infarct volumes. In addition, the marked increases of the atrophy, numbers of degeneration, caspase-3- and PARP-immunoreactive cells around peri-infarct ipsilateral cerebral cortex were also observed in tMCAO controls when compared with the sham control rats, respectively. Conclusions: The results obtained from this study suggest that oral administrations of JJW indicate obvious cognitions and motor function recoveries of the rats with tMCAO, mild strokes, which are mediated by neuro-protective effects through known antioxidant effects of components.
Objective: The aim of this study was to investigate diffusion tensor (DT) imaging-derived properties of benign oligemia, true "at risk" penumbra (TP), and the infarct core (IC) during the first 3 hours of stroke onset. Materials and Methods: The study was approved by the local animal care and use committee. DT imaging data were obtained from 14 rats after permanent middle cerebral artery occlusion (pMCAO) using a 7T magnetic resonance scanner (Bruker) in room air. Relative cerebral blood flow and apparent diffusion coefficient (ADC) maps were generated to define oligemia, TP, IC, and normal tissue (NT) every 30 minutes up to 3 hours. Relative fractional anisotropy (rFA), pure anisotropy (rq), diffusion magnitude (rL), ADC (rADC), axial diffusivity (rAD), and radial diffusivity (rRD) values were derived by comparison with the contralateral normal brain. Results: The mean volume of oligemia was $24.7{\pm}14.1mm^3$, that of TP was $81.3{\pm}62.6mm^3$, and that of IC was $123.0{\pm}85.2mm^3$ at 30 minutes after pMCAO. rFA showed an initial paradoxical 10% increase in IC and TP, and declined afterward. The rq, rL, rADC, rAD, and rRD showed an initial discrepant decrease in IC (from -24% to -36%) as compared with TP (from -7% to -13%). Significant differences (p < 0.05) in metrics, except rFA, were found between tissue subtypes in the first 2.5 hours. The rq demonstrated the best overall performance in discriminating TP from IC (accuracy = 92.6%, area under curve = 0.93) and the optimal cutoff value was -33.90%. The metric values for oligemia and NT remained similar at all time points. Conclusion: Benign oligemia is small and remains microstructurally normal under pMCAO. TP and IC show a distinct evolution of DT-derived properties within the first 3 hours of stroke onset, and are thus potentially useful in predicting the fate of ischemic brain.
Objectives : Coptidis Rhizoma (Coptis japonica MAKINO; CR) is a well known crude drug as antimicrobial, antibacterial, anti-inflammatory, antioxidant activity. However, there is no study of the effect of CR on brain infarction and it's mechanism. The aim of this study was to investigate the effects on ischemic stroke induced by photothrombotic infarction by evaluating the functional & neuronal recovery after brain infarction. Materials & Methods : Male Sprague-Dawley rats (250-300 g) were induced photothrombotic brain infarction on sensorimotor cortex, and brain infarction volume by image J software (NIH, USA) after Nissl stain, also single pellet reaching task as a functional motor recovery were observed. After orally pretreated by CR (500 mg/kg) or normal saline as a sham control before 7 days from the time of photothrombotic infarction, rats were sacrificed. After then we analysed anti-inflammatory cytokines (TNF-$\alpha$, IL-6, IL-1$\beta$), by RT-PCR and ELISA method, and immunohistochemistry (GFAP, connexin-43) as a marker of neural plasticity. Results : CR (100, 250, 500 mg/kg) decreased the infarction volume dose-dependently, however the effect of 500mg/kg of CR (CR 500) showed the best (P=0.051). Also, CR 500 decreased the infarction volume time-dependently, the most effective time was 3-7 days after stroke. Photothrombosis increased inflammatory cytokines after infarction, CR 500 suppressed significantly mRNA expression of IL-1$\beta$, IL-6 and TNF-$\alpha$. In serum, CR 500 decreased the amount of IL-1$\beta$, 12h, 24h and 48h respectively (p < 0.05), also decreased that of IL-6 and TNF-$\alpha$, 12h respectively (p < 0.05) after infarction. The more astrocytes were observed and neural plasticity was facilitated in the rat brain of CR 500 than that of sham control in immunohistochemistry. Conclusions : This results suggest that CR decrease infarction volume and improve functional motor recovery in acute stage in photothrombotic ischemic infarction model in the mechanism of anti-inflammation and promoting neural plasticity.
Oxidative stress by free radicals is a major cause of neuronal cell death. Excitotoxicity in hypoxia/ischemia causes an increase in reactive oxygen species (ROS) and a loss of mitochondrial membrane potential (MMP), resulting in dysfunction of the mitochondria and cell death. Pinelliae Rhizoma (PR) is a traditional medicine for incipient stroke. We investigated the effects of PR Water-Extract on the modulation of ROS and MMP in a hypoxic model using cultured rat cortical cells. PR Water-Extract was added to the culture medium at various concentrations (0.25${\sim}$5, 5.0 ${\mu}g/ml$) on day in vitro 12(DIV12), given a hypoxic shock (2% $O_2$/5% $CO_2$, $37^{\circ}C$, 3 hr), and cell viability was assessed on DIV15 by Lactate Dehydrogenase Assay (LDH assays). PR Water-Extract showed a statistically significant effect on neuroprotection (10${\sim}$15% increase in viability; p<0.01) at 1.0 and 2.5 ${\mu}g/ml$ in normoxia and hypoxia. Measurement of ROS production by $H_2DCF-DA$ stainings showed that PR Water-Extract efficiently reduced the number and intensity of ROS-producing neurons, especially at 1 hr post shock and DIV15. When MMP was measured by JC-1 stainings, PR Water-Extract efficiently maintained high-energy charged mitochondria. These results indicate that PR Water-Extract protects neurons in hypoxia by preventing ROS production and preserving the cellular energy level.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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