Математическая модель формирования цирроза печени при проведении морфологических и молекулярно-генетических доклинических исследований

Обложка


Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Обоснование. На текущий момент исследователи описывают существующие проблемы при разработке новых методов лечения фиброза и цирроза печени: плохое качество экспериментальных моделей, недостаточную продолжительность испытаний и отсутствие маркёров терапевтического ответа. Отдельной задачей является стандартизация процесса формирования цирроза печени при доклинических испытаниях, что необходимо для получения за короткий срок точных количественных оценок.

Цель исследования — разработка математической модели формирования цирроза печени при доклинических испытаниях.

Материалы и методы. Фиброз и цирроз печени у крыс-самцов линии Wistar индуцировали свежеприготовленным раствором тиоацетамида в течение 17 нед. Определяли площадь волокнистой соединительной ткани в процентах к площади изображения. Измеряли площадь междольковых вен в мкм2. Подсчитывали количества клеток, экспрессирующих маркёр FAP и маркер α-SMA. Уровень экспрессии мРНК генов Vegfa и Yap1 оценивали методом полимеразной цепной реакции в режиме реального времени. Построение математической модели для классификации наблюдений по стадиям осуществляли, используя множественную логистическую регрессию с пошаговым отбором предикторов, с последующим расчётом чувствительности, специфичности и площади под кривой (AUC) с 95% доверительным интервалом на основе ROC-анализа.

Результаты. Разработана математическая модель формирования цирроза печени. Модель основана на значениях двух показателей: клетки FAP+ и мРНК Yap1 — и характеризуется хорошим морфологическим и молекулярно-генетическим качеством. Полученное значение площади под ROC-кривой 0,883 позволяет говорить о хороших результатах классификации случаев.

Заключение. Математическая модель даёт возможность дифференцировать стадию цирроза печении от стадии фиброза при проведении доклинических исследований, что послужит основой для изучения патогенеза фиброза и цирроза печени; определения новых потенциальных молекулярных мишеней для антифибротической терапии; снижения числа дорогостоящих, трудоёмких лабораторных исследований.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Елена Ивановна Лебедева

Витебский государственный ордена Дружбы народов медицинский университет

Email: lebedeva.ya-elenale2013@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-1309-4248
SPIN-код: 4049-3213

кандидат биологических наук, доцент

Белоруссия, 210009, Витебск, пр-т Фрунзе, д. 27

Анатолий Тадеушевич Щастный

Витебский государственный ордена Дружбы народов медицинский университет

Email: rectorvsmu@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-2796-4240
SPIN-код: 3289-6156

доктор медицинских наук, профессор

Белоруссия, 210009, Витебск, пр-т Фрунзе, д. 27

Андрей Сергеевич Бабенко

Белорусский государственный медицинский университет

Email: labmdbt@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5513-970X
SPIN-код: 9715-4070

кандидат химических наук, доцент

Белоруссия, Минск

Виктор Николаевич Мартинков

Республиканский научно-практический центр радиационной медицины и экологии человека

Email: martinkov@rcrm.by
ORCID iD: 0000-0001-7029-5500
SPIN-код: 4319-8597

кандидат биологических наук, доцент

Белоруссия, Гомель

Дмитрий Александрович Зиновкин

Гомельский государственный медицинский университет

Email: zinovkin_da@gsmu.by
ORCID iD: 0000-0002-3808-8832
SPIN-код: 1531-9214

кандидат биологических наук, доцент

Белоруссия, Гомель

Эльдар Аркадьевич Надыров

Гомельский государственный медицинский университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: nadyrov2006@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0002-0896-5611
SPIN-код: 8176-2029

кандидат медицинских наук, доцент

Белоруссия, Гомель

Список литературы

  1. Huang D.Q., Terrault N.A., Tacke F., et al. Global epidemiology of cirrhosis — aetiology, trends and predictions // Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 2023. Vol. 20, N 6. P. 388–398. doi: 10.1038/s41575-023-00759-2
  2. Jangra A., Kothari A., Sarma P., et al. Recent advancements in antifibrotic therapies for regression of liver fibrosis // Cells. 2022. Vol. 11, N 9. P. 1500. doi: 10.3390/cells11091500
  3. Cakaloglu Y. Alcohol-related medicosocial problems and liver disorders: Burden of alcoholic cirrhosis and hepatocellular carcinoma in Turkiye // Hepatol Forum. 2023. Vol. 4, N 1. P. 40–46. doi: 10.14744/hf.2022.2022.0045
  4. Pei Q., Yi Q., Tang L. Liver fibrosis resolution: from molecular mechanisms to therapeutic opportunities // Int J Mol Sci. 2023. Vol. 24, N 11. P. 9671. doi: 10.3390/ijms24119671
  5. Liu C., Hou X., Mo K., et al. Serum non-coding RNAs for diagnosis and stage of liver fibrosis // J Clin Lab Anal. 2022. Vol. 36, N 10. Р. e24658. doi: 10.1002/jcla.24658
  6. Guindi M, Liver fibrosis: the good, the bad, and the patchy-an update // Hum Pathol. 2023. Vol. 141. P. 201–211. doi: 10.1016/j.humpath.2023.01.002
  7. Kolaric T.O., Kuna L., Covic M., et al. Preclinical models and promising pharmacotherapeutic strategies in liver fibrosis: an update // Curr Issues Mol Biol. 2023. Vol. 45, N 5. P. 4246–4260. doi: 10.3390/cimb45050270
  8. Krylov D.P., Rodimova S.A., Karabut M.M., Kuznetsova D.S. experimental models for studying structural and functional state of the pathological liver (review) // Sovrem Tekhnologii Med. 2023. Vol. 15, N 4. P. 65–82. doi: 10.17691/stm2023.15.4.06
  9. Lee H.J., Mun S.J., Jung C.R., et al. In vitro modeling of liver fibrosis with 3D co-culture system using a novel human hepatic stellate cell line // Biotechnol Bioeng. 2023. Vol. 120, N 5. P. 1241–1253. doi: 10.1002/bit.28333
  10. Lee Y.S., Seki E. In vivo and in vitro models to study liver fibrosis: mechanisms and limitations // Cell Mol Gastroenterol Hepatol. 2023. Vol. 16, N 3. P. 355–367. doi: 10.1016/j.jcmgh.2023.05.010
  11. Лебедева Е.И., Щастный А.Т., Бабенко А.С. Модель токсического фиброза у крыс линии wistar: морфологические и молекулярно-генетические параметры точки перехода в цирроз // Гены и клетки. 2023. Т. 18, № 3. С. 219–234. EDN: HTSXYA doi: 10.23868/gc546031
  12. Красочко П.А., Щастный А.Т., Лебедева Е.И., и др. Методические рекомендации по созданию экспериментальной модели токсического фиброза и цирроза, индуцированного тиоацетамидом. Минск: РУП «Институт экспериментальной ветеринарии им. С.Н. Вышелесского», 2021. 13 с. EDN: ZNOOHG
  13. Лебедева Е.И., Красочко П.А., Щастный А.Т., и др. Рекомендации по оценке прогрессирования и регресса токсического фиброза печени в доклинических исследованиях. Минск: РУП «Институт экспериментальной ветеринарии им. С.Н. Вышелесского», 2023. 8 с. EDN: LSMJUD
  14. Lay A.J., Zhang H.E., McCaughan G.W., Gorrell M.D. Fibroblast activation protein in liver fibrosis // Front Biosci (Landmark Ed). 2019. Vol. 24, N 1. P. 1–17. doi: 10.2741/4706
  15. Yang A.T., Kim Y.O., Yan X.Z., et al. Fibroblast activation protein activates macrophages and promotes parenchymal liver inflammation and fibrosis // Cell Mol Gastroenterol Hepatol. 2023. Vol. 15, N 4. P. 841–867. doi: 10.1016/j.jcmgh.2022.12.005
  16. Shi Y., Kong Z., Liu P., et al. Oncogenesis, microenvironment modulation and clinical potentiality of FAP in glioblastoma: lessons learned from other solid tumors // Cells. 2021. Vol. 10, N 5. P. 1142. doi: 10.3390/cells10051142
  17. Ahmad A., Nawaz M.I. Molecular mechanism of VEGF and its role in pathological angiogenesis // J Cell Biochem. 2022. Vol. 123, N 12. P. 1938–1965. doi: 10.1002/jcb.30344
  18. Lin Y., Dong M.Q., Liu Z.M., et al. A strategy of vascular-targeted therapy for liver fibrosis // Hepatology. 2022. Vol. 76, N 3. P. 660–675. doi: 10.1002/hep.32299
  19. Xiang D., Zou J., Zhu X., et al. Physalin D attenuates hepatic stellate cell activation and liver fibrosis by blocking TGF-β/Smad and YAP signaling // Phytomedicine. 2020. Vol. 78. P. 153294. doi: 10.1016/j.phymed.2020.153294
  20. Dai Y., Hao P., Sun Z., et al. Liver knockout YAP gene improved insulin resistance-induced hepatic fibrosis // J Endocrinol. 2021. Vol. 249, N 2. P. 149–161. doi: 10.1530/JOE-20-0561
  21. Kamm D.R., McCommis K.S. Hepatic stellate cells in physiology and pathology // J Physiol. 2022. Vol. 600, N 8. P. 1825–1837. doi: 10.1113/JP281061
  22. O’Hara S.P., LaRusso N.F. Portal fibroblasts: A renewable source of liver myofibroblasts // Hepatology. 2022. Vol. 76, N 5. P. 1240–1242. doi: 10.1002/hep.32528
  23. Kim H.Y., Sakane S., Eguileor A., et al. The origin and fate of liver myofibroblasts // Cell Mol Gastroenterol Hepatol. 2024. Vol. 17, N 1. P. 93–106. doi: 10.1016/j.jcmgh.2023.09.008
  24. Wu Y., Li Z., Xiu A.Y., et al. Carvedilol attenuates carbon tetrachloride-induced liver fibrosis and hepatic sinusoidal capillarization in mice // Drug Des Devel Ther. 2019. Vol. 13. P. 2667–2676. doi: 10.2147/DDDT.S210797
  25. Sato K., Marzioni M., Meng F., et al. Ductular reaction in liver diseases: pathological mechanisms and translational significances // Hepatology. 2019. Vol. 69, N 1. Р. 420–430. doi: 10.1002/hep.30150 Corrected and republished from: Hepatology. 2019. Vol. 70, N 3. P. 1089. doi: 10.1002/hep.30878
  26. Acharya P., Chouhan K., Weiskirchen S., Weiskirchen R. Cellular mechanisms of liver fibrosis // Front Pharmacol. 2021. Vol. 12. P. 671640. doi: 10.3389/fphar.2021.671640
  27. Li H. Angiogenesis in the progression from liver fibrosis to cirrhosis and hepatocelluar carcinoma // Expert Rev Gastroenterol Hepatol. 2021. Vol. 15, N 3. P. 217–233. doi: 10.1080/17474124.2021.1842732
  28. Ahmad A., Nawaz M.I. Molecular mechanism of VEGF and its role in pathological angiogenesis // J Cell Biochem. 2022. Vol. 123, N 12. P. 1938–1965. doi: 10.1002/jcb.30344
  29. Zhang W., Han L., Wen Y., et al. Electroacupuncture reverses endothelial cell death and promotes angiogenesis through the VEGF/Notch signaling pathway after focal cerebral ischemia-reperfusion injury // Brain Behav. 2023. Vol. 13, N 3. P. e2912. doi: 10.1002/brb3.2912
  30. Du K., Maeso-Díaz R., Oh S.H., et al. Targeting YAP-mediated HSC death susceptibility and senescence for treatment of liver fibrosis // Hepatology. 2023. Vol. 77, N 6. P. 1998–2015. doi: 10.1097/HEP.0000000000000326

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Печень крыс через 5 (a, b), 9 (c), 13 (d), 17 (e) нед после начала эксперимента, количественные изменения площади соединительной ткани: a — фиброзные соединительнотканные септы (стрелки); b — перисинусоидный фиброз (стрелки); c — ложная печёночная долька (овальная рамка); d — ложные печёночные дольки (стрелки); e — толстая фиброзная соединительнотканная септа (стрелка); f — изменение площади соединительной ткани на разных стадиях эксперимента. Окраска по Маллори; ×100 (d), ×200 (a, c, e), ×400 (b).

Скачать (6MB)
Метаданные
3. Рис. 2. Гистологические препараты печени крыс через 13 нед после начала эксперимента, количественные изменения площади междольковых вен: a — венозный ангиогенез (стрелки); b — междольковая вена (стрелка); c — изменение площади междольковых вен на разных стадиях эксперимента. Окраска по Маллори; ×100.

Скачать (2MB)
Метаданные
4. Рис. 3. Печень крыс через 13 нед после начала эксперимента: a — α-SMA⁺ клетки (стрелки); b — FAP⁺ клетки (стрелки). Иммуногистохимическое окрашивание на α-SMA (а); на FAP (b), докраска гематоксилином Майера; ×200 (а), ×400 (b).

Скачать (1MB)
Метаданные
5. Рис. 4. Изменение количества клеток FAP⁺ (a) и α-SMA⁺ (b) на разных стадиях эксперимента.

Скачать (543KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Изменение уровня мРНК генов Vegfa (a) и Yap1 (b) на разных стадиях эксперимента.

Скачать (532KB)
Метаданные
7. Рис. 6. ROC-кривая на основе рассчитанных значений уравнения логистической регрессии.

Скачать (387KB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2024


Периодический печатный журнал зарегистрирован как СМИ Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор): № 0110212 от 08.02.1993.
Сетевое издание зарегистрировано как СМИ Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор): ЭЛ № ФС 77 - 84733 от 10.02.2023.