Kollateralsprossung von Mooszellaxonen in organotypischen Zellkulturen des Hippocampus der Maus nach Läsion des entorhinalen Cortex
Authors:   , Beeg Moreno Viktor Joaquin 
Published: December 2024

Schädigungen des Zentralen Nervensystems treten in der Folge von neurologischen Erkrankungen des Gehirns und Rückenmarks auf. Das zentrale Nervengewebe kann strukturelle Schädigungen nicht heilen, verfügt jedoch über regenerative Mechanismen, die durch die Reorganisation von Nervenzellverbindungen die vorhandenen Schädigungen teilweise kompensieren können.
Einer der Wichtigsten ist die Sprossung überlebender Axone, die neue Kollaterale ausbilden (Kollateralsprossung). Diese Sprossung von Axonen ist in juvenilen Gehirnen besonders ausgeprägt, nimmt jedoch mit zunehmendem Alter ab.
Der Hauptfokus dieser Arbeit bestand darin, mit Hilfe eines in vitro Läsions-Modells ("Läsion des entorhinalen Cortex in vitro") die kollaterale Sprossung kommissuraler und assoziativer Mooszellaxone zu untersuchen. Es sollte geklärt werden, ob sich die Sprossung im in vitro Modell ähnlich verhält wie in der intakten Maus. Hierzu sollte die Sprossung qualitativ dargestellt, und eine Quantifizierungsmethode entwickelt werden. Weiterhin wurde die Frage gestellt, ob sich auch in vitro eine Abnahme der Sprossung mit dem Alter (Reifegrad der Kulturen) nachweisen lässt. Auch diese Veränderung sollte mit dem Alter bei Läsion quantifiziert werden. In Anbetracht der Tatsache, dass regenerative Mechanismen des Gehirns von großer klinischer Bedeutung bei der Behandlung traumatischer hirnorganischer Schäden und neurodegenerativer Erkrankungen sind, ist ein verlässliches in vitro Modell von großem wissenschaftlichem und medizinischem Interesse.
Das Modell der entorhinalen Läsion in vitro basiert auf der Tatsache, dass in organotypischen Zellkulturen aus Hippocampus und entorhinalem Cortex ein Netzwerk existiert, welches dem Netzwerk in vivo sehr ähnlich ist. Der entorhinale Cortex innerviert über den Tractus perforans die äußeren Dendriten der Körnerzellen des Gyrus dentatus. Eine Durchtrennung des Tractus perforans deafferenziert die distalen Körnerzelldendriten fast vollständig und löst eine regenerative Sprossung der benachbarten hilären Mooszellaxone aus. Diese innervieren physiologischerweise die proximalen Dendriten der Körnerzellen und wachsen nach Deafferenzierung in großer Zahl in die äußere Molekularschicht ein (Kollateralsprossung). In vivo sind sowohl ipsilaterale Axonkollaterale der Mooszellen (assoziative Axone), als auch kontralaterale Axonkollaterale (kommissurale Axone) beteiligt.
Zur Untersuchung der Sprossungsprozesse wurden komplexe Kulturen hergestellt, sprich es wurden verschiedene Bereiche des Gehirns ko-kultiviert, um sowohl assoziative als auch kommissurale Sprossungprozesse im deafferenzierten Gyrus dentatus untersuchen und quantifizieren zu können. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Quantifizierungsmethode entwickelt, mit der die Sprossung quantifiziert werden konnte. Untersucht wurden zum einen Kulturen, bei denen der Tractus perforans am 14. Tag in vitro durchtrennt worden war, und zum anderen Kulturen, bei denen dies am 28. Tag in vitro geschehen war. Die Quantifizierung der Sprossungsreaktion wurde durch eine immunhistochemische Färbung gegen Calretinin ermöglicht (eigene Arbeiten), eine Beobachtung und qualitative Überprüfung der Sprossung gelang über ein virales Tracing und Timelapse Imaging (Arbeit von Koautoren der Publikation).
Die Quantifizierung der Calretinin-positiven sprossenden Axone wies nach, dass es in jungen Kulturen zu einer sehr ausgeprägten Sprossung assoziativer und kommissuraler Mooszellaxone kommt. Diese Sprossungsphänomene sind – wie sich wiederum durch die im Rahmen der Arbeit entwickelte Quantifizierungsmethode nachweisen ließ – in den älteren Kulturen sehr viel schwächer.
Die durchgeführten Untersuchungen belegen somit, dass die Sprossung von assoziativen und kommissuralen Axonen nach entorhinaler Läsion in vitro den Sprossungsreaktionen dieser Systeme in vivo in Mäusen sehr ähnlich ist. Es kann geschlussfolgert werden, dass organotypische Zellkulturen des Hippocampus der Maus ein geeignetes – und nun auch quantifizierbares –
Modell zur Untersuchung der Reinnervation des Gyrus dentatus nach entorhinaler Läsion sind.