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Mitigating radiation-induced brain injury via NLRP3/NLRC4/Caspase-1 pyroptosis pathway: Efficacy of memantine and hydrogen-rich water - 23/07/24

Doi : 10.1016/j.biopha.2024.116978 
Kai Xu a, 1, Ge Sun a, 1, Yuhao Wang a, Hao Luo b, Yong Wang c, Mengya Liu a, Huan Liu a, Xiaoyu Lu d, Xiujun Qin a,
a Shanxi Provincial Key Laboratory of Drug Toxicology and Radiation Damage Drugs, Department of Radiology and Environmental Medicine, Co-innovation Center for Radiation Medicine, China Institute for Radiation Protection, Taiyuan 030006, China 
b State Key Laboratory of Medicinal Chemical Biology, College of Pharmacy, Nankai University, Tianjin 300353, China 
c Fenyang Hospital, Shanxi Province, Shanxi Medical University, Fenyang, Shanxi 032200, China 
d School of Public Health, Shanxi Medical University, Taiyuan 030001, China 

Corresponding author.

Abstract

Radiation-induced brain injury (RIBI) is a significant challenge in radiotherapy for head and neck tumors, impacting patients' quality of life. In exploring potential treatments, this study focuses on memantine hydrochloride and hydrogen-rich water, hypothesized to mitigate RIBI through inhibiting the NLRP3/NLRC4/Caspase-1 pathway. In a controlled study involving 40 Sprague-Dawley rats, divided into five groups including a control and various treatment groups, we assessed the effects of these treatments on RIBI. Post-irradiation, all irradiated groups displayed symptoms like weight loss and salivation, with notable variations among different treatment approaches. Particularly, hydrogen-rich water showed a promising reduction in these symptoms. Histopathological analysis indicated substantial hippocampal damage in the radiation-only group, while the groups receiving memantine and/or hydrogen-rich water exhibited significant mitigation of such damage. Molecular studies, revealed a decrease in oxidative stress markers and an attenuated inflammatory response in the treatment groups. Immunohistochemistry further confirmed these molecular changes, suggesting the effectiveness of these agents. Echoing recent scientific inquiries into the protective roles of specific compounds against radiation-induced damages, our study adds to the growing body of evidence on the potential of memantine and hydrogen-rich water as novel therapeutic strategies for RIBI.

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Graphical abstract




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Highlights

Memantine and HRW Mitigate RIBI via NLRP3/NLRC4/Casp1 Pathway: Initial Evaluation.
Memantine and HRW groups showed histopathological improvements compared to IR group.
Molecular evidence: Reduced oxidative stress & pyroptosis in memantine & HRW groups.
Immunohistochemistry validates molecular findings, affirming treatment.
Study supports memantine and HRW as novel RIBI treatments.

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Keywords : Radiation-induced brain injury, Memantine hydrochloride, Hydrogen-rich water, Neuroprotection, Radiotherapy


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Vol 177

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