Gestörte Ausbildung von Neuronalem Narbengewebe durch Hypergravitation

Kurzfassung

Einleitung: Nach einer Verletzung des Zentralen Nervensystems (ZNS) wird das Auswachsen neuronaler Ausläufer und damit die neuronale Regeneration durch verschiedene Faktoren gehemmt. Ein wichtiger Mechanismus durch den das Wachstum von Axonen verhindert wird ist die Bildung von Narbengewebe im ZNS. Verantwortlich für die Ausbildung dieses Narbengewebes sind Astrozyten aus dem umliegenden Nervengewebe. Diese Gliazellen wechseln bei einer Verletzung zu einem reaktiven Phänotyp und wandern in das verletzte Nervengewebe ein. Dort sind sie für die Sekretion von extrazellulären Matrixproteinen und Cytokinen verantwortlich, welche eine inhibierende Wirkung auf das Axonwachstum zeigen und teilweise sogar aktiv die Degeneration von Axonen verursachen. Eine Verletzung der Nervenbahnen kann daher zu irreparablen Schäden der mentalen und physischen Leistungsfähigkeit von Patienten führen. Fragestellung: Lassen sich primäre murine Astrozyten durch Kultivieren in Hypergravitation so beeinflussen, dass die Bildung von neuronalem Nervengewebe verringert werden kann? Welche biologischen Prozesse werden durch erhöhte Schwerkraft in Zellen beeinflusst und wie wirken sich diese auf die Morphologie und das Verhalten dieser Zellen aus? Methodik: Wir verwenden primäre Astrozyten, die aus dem Cortex von 18 Tage alten C57Bl6/J Mausembryonen isoliert und in Kultur genommen werden. Diese Zellen sind ein etabliertes physiologisches und funktionales Modell für die Funktion von humanen Gliazellen. Die Zellen werden in der DLR Inkubatorzentrifuge (MuSIC) konstanten 2g Hypergravitation ausgesetzt und so für mehrere Tage kultiviert. Zeitgleich werden Kontrollproben bei normaler Erdanziehungskraft (1g) kultiviert. Morphologische Charakteristika werden über Fluoreszenzmikroskopie und die Migrationsgeschwindigkeit der Zellen per Wundheilungs- (Scratch-) Assay ausgewertet. Außerdem werden biochemische Analysen zur quantitativen Bestimmung verschiedener Protein Expressionsprofile angewendet. Für Zeitrafferaufnahmen und zur dynamischen Analyse der Astrozyten werden Live-Cell Imaging Aufnahmen bei 1g und, durch Umbau des Mikroskops auf die Kurzarmzentrifuge des DLR, auch in Hypergravitation aufgenommen. Ergebnisse: Nach ein oder zwei Tagen Wachstum bei Hypergravitation (2g) zeigten die exponierten Astrozyten einen klaren Phänotyp. Das Zell-Spreading (Ausbreiten auf dem Substrat) war in Hypergravitation gehemmt, sodass man zu beiden Zeitpunkten eine Verringerung der Zellfläche um ca. 20% im Vergleich zur 1g Kontrolle messen konnte. Im Wungheilungs-Assay zeigte sich eine Abnahme der Zellmigration um ca. 10% nach drei Tagen Hypergravitation. Durch Live-Cell Imaging zeigte sich, dass Hypergravitation in den ersten 24h eine noch stärkere Wirkung (X Prozent) auf die Migrationsgeschwindigkeit von Astrozyten hat, und dass nach ca. 4h eine Adaptation der Zellen an die veränderten Schwerkraftbedingungen stattfindet. Schlussfolgerungen: Hypergravitation ist ein Stimulus, mit dem sich Astrozyten morphologisch sowie funktional beeinflussen lassen. Die Verringerung der Zellmigration könnte sich in vivo ausnutzen lassen, um der Bildung von Narbengewebe entgegenzuwirken und so die neuronale Regeneration zu fördern.