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Induktion von neuronaler Regeneration durch Hypergravitation

Liemersdorf, Christian and Lichterfeld, Yannick and Frett, Timo and Feles, Sebastian and Hellweg, Christine E. and Hemmersbach, Ruth (2017) Induktion von neuronaler Regeneration durch Hypergravitation. In: Tagungsband: 55. wissenschaftliche Jahrestagung, Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrtmedizin e.V.. Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrtmedizin e.V., 55. wissenschaftliche Jahrestagung, 14.-17. September 2017, Köln, Germany.

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Abstract

Einleitung: Eine uneingeschränkte Funktion von neuronalen Zellen ist unerlässlich für jeden Aspekt des menschlichen Verhaltens. Wahrnehmung, Erinnerung, Lernen sowie jegliche Art von Bewegung sind grundsätzlich von der Aktivität unseres Nervensystems abhängig. Eine Ursache oder Konsequenz der meisten neurologischen Erkrankungen sind daher Veränderungen oder Störungen der synaptischen Aktivität. Um wirksame Behandlungen von neurologischen Störungen zu entwickeln, müssen synaptische Signale wieder in das zuvor verletzte neuronale Netzwerk integriert werden. Besonders nach schweren Läsionen, wie z.B. nach Traumata und Rückenmarksverletzungen, sowie durch Beeinflussung von Tumorgewebe oder epileptischen Anfällen wird vermehrt Narbengewebe gebildet, welches die Regeneration von neuronalen Ausläufern und damit synaptischen Signalen in das verletzte Gewebe nahezu vollständig inhibiert. Diese Art von Verletzung kann daher zu irreparablen Schäden der mentalen oder physischen Leistungsfähigkeit von Patienten führen. Fragestellung: Wir streben an, den sehr ineffizienten Vorgang der neuronalen Regeneration nach Verletzungen von Nervengewebe durch die Exposition in Hypergravitation zu induzieren. Unsere Hypothese ist, dass artifiziell erhöhte Schwerkraft eine potentiell sehr innovative und wirkungsvolle Methode darstellen könnte, um Komponenten des neuronalen Zytoskelettes zu stabilisieren, was weiterhin dazu führen sollte, dass die Projektionen der Nervenzellen der Inhibition des neuronalen Narbengewebes entgegenwirken und in gesteigertem Maße wachsen (regenerieren) können. Daher sollten die Ausläufer unter Einfluss von Hypergravitation viel ausgeprägter in der Lage sein auszuwachsen und sich anschließend neu in geschädigtes Gewebe zu integrieren. Weiterhin soll die neuronale Entwicklung und Aktivität bei Exposition mit ionisierender Strahlung untersucht werden, um Strahlung als Risikofaktor für neurodegenerative Erkrankungen z.B. in der bemannten Raumfahrt zu bewerten. Methodik: In der vorliegenden Studie werden primäre murine hippokampale Neuronen eingesetzt, welche ein nah-verwandtes Modell-System für humane Nervenzellen darstellen. Die neuronale Entwicklung unter dem Einfluss von Hypergravitation (2g) und Strahlenexposition wird bei allen Entwicklungsstadien im Vergleich zu Kontrollen (1g, unbestrahlt) untersucht, wie z.B. das Neuritenwachstum, die Polarisation, die Synaptogenese, sowie abschließend die Integration in ein maturiertes, funktionelles neuronales Netzwerk. Ergebnisse: Die Exposition von primären Neuronen an erhöhte Gravitation (2g) induzierte ein gesteigertes Auswachsen initialer Neuriten (ca. 30%), sowie ein erhöhtes Neuriten-Wachstum (Elongation) (ca. 20%) im Vergleich zu Kontrollen bei 1g. In späteren Entwicklungsstadien wurden trotz potentiellen Veränderungen des neuronalen Zytokslettes maturierte synaptische Kontakte ausgebildet. Weiterhin wurden primäre Astrozyten (Glia-Zellen, die neuronales Narbengewebe nach Verletzungen bilden) durch Hypergravitation in ihrem Wachstum und ihrer Ausbreitung (Narbenbildung) gehemmt. Diese Beobachtungen sind in großer Übereinstimmung mit einem stabilisierten Tubulin- und einem destabilisierten Aktin-Zytoskelett. Schlussfolgerungen: Unsere Ergebnisse belegen, dass neuronale Regeneration durch den Einfluss von Hypergravitation in primären Neuronen induziert und das Wachstum von primären Astrozyten (Glia-Zellen) durch die Kultivierung unter Hypergravitationsbedingungen gehemmt wird. Dieser Ansatz kann für weitere Studien angewandt werden, um die grundlegenden Mechanismen aufzuklären und die Effizienz neuronaler Regenerationsprozesse steigern zu können.

Item URL in elib:https://elib.dlr.de/114092/
Document Type:Conference or Workshop Item (Speech)
Title:Induktion von neuronaler Regeneration durch Hypergravitation
Authors:
AuthorsInstitution or Email of AuthorsAuthors ORCID iD
Liemersdorf, Christiangravitational biology, institute of aerospace medicine, german aerospace centre (dlr), cologne, germanyhttps://orcid.org/0000-0001-8407-5226
Lichterfeld, Yannickgravitational biology, institute of aerospace medicine, german aerospace centre (dlr), cologne, germanyUNSPECIFIED
Frett, Timogravitational biology, institute of aerospace medicine, german aerospace centre (dlr), cologne, germanyhttps://orcid.org/0000-0002-5572-1177
Feles, Sebastianradiation biology department, german aerospace center (dlr), institute of aerospace medicine, linder hoehe, köln, germanyUNSPECIFIED
Hellweg, Christine E.radiation biology department, german aerospace center (dlr), institute of aerospace medicine, linder hoehe, köln, germanyhttps://orcid.org/0000-0002-2223-3580
Hemmersbach, Ruthgravitational biology, institute of aerospace medicine, german aerospace centre (dlr), cologne, germanyhttps://orcid.org/0000-0001-5308-6715
Date:2017
Journal or Publication Title:Tagungsband: 55. wissenschaftliche Jahrestagung, Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrtmedizin e.V.
Refereed publication:Yes
Open Access:Yes
Gold Open Access:No
In SCOPUS:No
In ISI Web of Science:No
Status:Published
Keywords:Hypergravitation, neuronale Regeneration
Event Title:Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrtmedizin e.V., 55. wissenschaftliche Jahrestagung
Event Location:Köln, Germany
Event Type:national Conference
Event Dates:14.-17. September 2017
Organizer:Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrtmedizin e.V.
HGF - Research field:Aeronautics, Space and Transport
HGF - Program:Space
HGF - Program Themes:Research under Space Conditions
DLR - Research area:Raumfahrt
DLR - Program:R FR - Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Research theme (Project):Vorhaben: NeuroTox
Location: Köln-Porz
Institutes and Institutions:Institute of Aerospace Medicine > Radiation Biology
Institute of Aerospace Medicine > Gravitational Biology
Deposited By: Kopp, Kerstin
Deposited On:28 Sep 2017 11:45
Last Modified:31 Jul 2019 20:11

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