Studie über die schützende Wirkung von Bambus- und Weidenpolysacchariden auf Sinneshaarzellen am Beispiel des Zebrafisches
Aminoglykoside sind Antibiotika, die in ihrer chemischen Struktur Aminozuckermoleküle enthalten. Sie werden in der Regel zur Behandlung von Infektionen eingesetzt, die durch gramnegative Bakterien verursacht werden, und haben ein breites Anwendungsspektrum. Diese Medikamente haben jedoch eine starke Ototoxizität und Nephrotoxizität. Forschungen haben ergeben, dass ihre Nephrotoxizität durch eine Hydratationstherapie gemildert werden kann. Allerdings gibt es derzeit keine wirksame Behandlung für die Ototoxizität, und es ist von entscheidender Bedeutung, entsprechende präventive und therapeutische Medikamente zu entwickeln. Die Pathogenese des durch Aminoglykoside verursachten Hörverlusts ist noch nicht vollständig geklärt, aber die Forschung hat herausgefunden, dass die sensorischen Haarzellen im Innenohr dabei eine Schlüsselrolle spielen. Dabei handelt es sich um eine Art von endständig differenzierten Zellen im Innenohr von Säugetieren, die nach ihrem Verlust nicht mehr regeneriert werden können. Nachdem sie in die Haarzellen eingedrungen sind, können Aminoglykosid-Medikamente eine hohe Produktion reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) auslösen. Diese durch die Wirkung von Aminoglykosid-Arzneimitteln erzeugten ROS können die oxidative Schädigung der Haarzellen fördern und ihre Apoptose auslösen. Daher ist die Verringerung der ROS-Produktion in den Sinneshaarzellen eine der Richtungen für die Entwicklung von Medikamenten zur Vorbeugung und Behandlung von aminoglykosidbedingtem Hörverlust. Der Zebrafisch ist ein international anerkannter neuer Wirbeltiermodellorganismus mit geringer Größe, schnellem Wachstum, starker Fortpflanzungsfähigkeit, In-vitro-Befruchtung und -Entwicklung sowie transparenten Embryonen. Verglichen mit dem Menschen weisen Zebrafische einen extrem hohen Erhaltungsgrad der physiologischen Struktur, der Signalwege, der Proteinfunktionen und anderer Aspekte auf. Zebrafische haben Sinneshaarzellen im Innenohr und seitliche Haarzellen, die dem Menschen sehr ähnlich sind. Am 5. Entwicklungstag (dpf) sind die genannten Haarzellen bereits voll entwickelt. Aufgrund der Transparenz des Zebrafisches während der frühen Entwicklung ermöglicht die In-vivo-Bildgebungstechnologie eine direkte Echtzeitbeobachtung der toxischen Auswirkungen der Testprobe auf die Haarzellen. Daher ist der Zebrafisch zu einem wichtigen Modellorganismus für die Untersuchung von Medikamenten zur Vorbeugung und Behandlung von medikamenteninduziertem Hörverlust geworden. In früheren Studien wurde festgestellt, dass Bambus und Weide ein Polysaccharid mit antioxidativen Eigenschaften enthalten, das aus 8,72% Xylose, 14,87% L (+) - Rhamnose, 3,22% D (-) - Glucuronsäure, 5,45% D-Galacturonsäure, 54,86% D-Arabinose und 13,05% Mannose besteht. Aufgrund der engen Beziehung zwischen Antioxidantien und dem Schutz der Sinneshaarzellen wurde in diesem Experiment der Zebrafisch als Versuchstier ausgewählt, und Kanamycin, ein repräsentatives Aminoglykosid-Antibiotikum, wurde als Schadensmedikament verwendet. Die Schutzwirkung und der Mechanismus der Sinneshaarzellen von Bambus- und Weidenpolysacchariden, die unabhängig voneinander entdeckt wurden, wurden vorab untersucht, um eine theoretische Grundlage und experimentelle Daten für ein besseres Verständnis der Prävention und Behandlung von medikamenteninduziertem Hörverlust zu schaffen.

Kanamycin, einer der Vertreter der Aminoglykosid-Antibiotika, hat einen niedrigen Preis, ein breites antibakterielles Spektrum, stabile Eigenschaften und eine breite Palette von Anwendungen. Es hat jedoch eine starke Ototoxizität. Der Wirkungsmechanismus der durch Kanamycin ausgelösten Taubheit ist relativ komplex, und die übermäßige Ansammlung von ROS in den sensorischen Haarzellen des Innenohrs spielt eine wichtige Rolle. Antioxidantien können in gewissem Maße die durch Kanamycin verursachte Schädigung der Sinneshaarzellen verhindern und behandeln. Ausgehend davon werden in diesem Projekt die unabhängig voneinander entdeckten Bambus- und Weidenpolysaccharide mit antioxidativer Wirkung als Forschungsobjekt verwendet und das Zebrafischmodell zur Durchführung einer Vorstudie über ihre schützende Wirkung auf die Sinneshaarzellen eingesetzt.
Untersuchungen haben ergeben, dass bei der alleinigen Verabreichung von Bambus- und Weidenpolysacchariden in Konzentrationen von 30, 40 oder 50 μ g/ml an Zebrabärblinge die kumulative Schlupfrate der Zebrabärblinge höher als 98%, die kumulative Sterblichkeitsrate niedriger als 15% und die Herzfrequenz zwischen 198-200 Schlägen pro Minute ist. Obwohl die kumulative Sterblichkeitsrate der Zebrabärblinge in der Behandlungsgruppe mit 40 μ g/ml etwas höher war, zeigten die statistischen Tests, dass es keine statistisch signifikanten Unterschiede bei der kumulativen Schlupfrate, der Sterblichkeitsrate und der Herzfrequenz der drei Zebrabärblingsgruppen (30, 40 und 50 μ g/ml) im Vergleich zur Kontrollgruppe gab. Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass Bambus- und Weidenpolysaccharide keine signifikanten toxischen oder teratogenen Auswirkungen auf Zebrafische haben. Weitere Untersuchungen ergaben, dass die Kombination von Polysacchariden aus Bambus und Weide mit Kanamycin keine signifikante Toxizität oder teratogene Wirkung auf Zebrafische hat. In dieser Konzentration hat das Polysaccharid jedoch eine signifikante Schutzwirkung gegen Kanamycin-induzierte Schäden an den Sinneshaarzellen und kann die Anhäufung von Kanamycin-induzierten ROS in den Haarzellen wirksam reduzieren und das Auftreten von Haarzell-Apoptose verhindern. ROS, ein Reduktionsprodukt von Sauerstoff im Körper, entsteht, wenn Elektronen aus der Atmungskette austreten und etwa 2% Sauerstoff verbrauchen. ROS im Körper sind nicht immer schädlich. Moderate ROS können Reparatur, Immunität, Wachstum und Überleben fördern. Unter pathologischen Bedingungen kann jedoch das dynamische Gleichgewicht zwischen ROS-Produktion und -Abbau gestört sein. Eine anhaltende übermäßige Anhäufung von ROS führt häufig zu einer Schädigung von Biomolekülen wie Proteinen, Nukleinsäuren, Polysacchariden und Lipiden, wodurch die Zellen in einen oxidativen Stresszustand geraten und Apoptose ausgelöst wird. In dieser Studie wurde festgestellt, dass Polysaccharide aus Bambus und Weide, die in vitro antioxidativ wirken, ihre antioxidative Wirkung auch in Sinneshaarzellen entfalten können. Dieses Polysaccharid kann oxidative Schäden in Sinneshaarzellen lindern, indem es den ROS-Gehalt reduziert und letztlich die durch Kanamycin induzierte Apoptose hemmt, was eine schützende Wirkung auf die Haarzellen hat. Da das Polysaccharid keine signifikanten toxischen oder teratogenen Wirkungen hat, deuten die obigen Ergebnisse darauf hin, dass Polysaccharide aus Bambus und Weide ein gewisses Anwendungspotenzial im Bereich des Gehörschutzes haben.
Polysaccharide, die aus Naturprodukten gewonnen werden, sind eine Klasse strukturell komplexer Polymerverbindungen. Zahlreiche Studien haben bestätigt, dass Polysaccharide in der Regel eine antioxidative Aktivität besitzen, die eng mit dem Gehalt an Mannose, Galaktose und Uronsäure in Polysacchariden zusammenhängt. Mannose, Galaktose und Glucuronsäure können beispielsweise mit ROS interagieren, was zur Spaltung der glykosidischen Bindung oder zur Oxidation der Glucuronsäure führt. Die in dieser Studie verwendeten Polysaccharide aus Bambus und Weide enthalten etwa 130,5% Mannose, 3,22% Glucuronsäure und 5,45% D-Galacturonsäure. Es wird vermutet, dass die schützende Wirkung von Bambus- und Weidenpolysacchariden auf die Sinneshaarzellen durch ihre Monosaccharidzusammensetzung bestimmt wird. Sowohl Mannose als auch Uronsäure in Bambus- und Weidenpolysacchariden tragen zu ihrer raschen Verringerung des ROS-Gehalts in Sinneshaarzellen bei und entfalten dadurch eine schützende Wirkung auf Sinneshaarzellen.
Bambus und Weiden wachsen schnell, sind sehr widerstandsfähig gegen Stress, haben einen hohen wirtschaftlichen Nutzen und sind sehr anpassungsfähig. In den letzten Jahren hat sich ihre Anbaufläche in China rasch ausgeweitet. Gegenwärtig konzentriert sich die Forschung über Bambus und Weide hauptsächlich auf Trockenheitsresistenz, Salz-Alkali-Toleranz, Krankheits- und Schädlingsbekämpfung, und es gibt nur wenige Berichte über die Wirksamkeit ihrer Extrakte. In dieser Studie wurde durch In-vivo-Experimente bestätigt, dass Bambus- und Weidenpolysaccharide eine gewisse Schutzwirkung gegen die durch Aminoglykosid-Antibiotika hervorgerufene Schädigung der Sinneshaarzellen haben, und es wurde festgestellt, dass diese Schutzwirkung eng mit der antioxidativen Wirkung von Bambus- und Weidenpolysacchariden zusammenhängt. Die aus dieser Studie gewonnenen Daten können neue experimentelle Daten für die Vorbeugung und Behandlung von arzneimittelinduziertem Hörverlust liefern und dazu beitragen, die Anwendungsbereiche von Bambus und Weide zu erweitern und ihre hochwertigen Anwendungen zu fördern.