Invasion, Migration und Schicksal von monozytären Zellen nach axonaler Schädigung im ZNS: MR-tomographische Untersuchungen mit elektrostatisch stabilisierten, magnetischen Nanopartikeln
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Ziel dieses Projektes war es, die Migrationswege von Monozyten aus dem Blut in Zonen axonaler Degeneration-induziert durch entorhinale Cortexläsion (ECL) sowie durch spinale Rückenmarksläsion (SCI)- und von dort in periphere Lymphknoten darzustellen. Darüber hinaus sollten mit Hilfe einer Markierung durch magnetische Eisenoxid Nanopartikel diejenigen monozytären Vorläuferzellen im Blut identifiziert werden, die im Neuropil zu ramifizierten Mikrogliazellen transformieren. Durch spezifische Applikation genetisch veränderter Mikrogliavorläuferzellen sollten Immunität und Regeneration im ZNS gezielt beeinflusst werden. Im ECL Modell konnten wir zeigen, dass Monozyten, die mittels GFP fluoreszenzmarkiert waren, am Tag 7 nach Injektion an der ECL-Läsion von der Läsionslokalisation zu tiefen zervikalen Lymphknoten wandern. In Ganzhirnschnitten wurden GFP-markierte Monozyten gefunden, die entlang der Riechnerven lokalisiert waren und sich in der Nasenschleimhaut befanden. Somit konnten wir zeigen, dass Monozyten in der Lage sind, von geschädigten Hirnarealen in tiefe zervikalen Lymphknoten zu migrieren und hierbei die Lamina cribrosa als Route zu nutzen. Darüber hinaus zeigten wir, dass nach Inkubation der aus Blut gewonnenen GFP-Monozyten mit 3 mM Citrat-stabilierten Eisenoxid-Nanopartikel (VSOP) für 12 h die Zellen in gleichen Schnitten sowohl mittels Fluoreszenzmikroskopie als auch nach Berliner-Blau-Färbung lichtmikroskopisch zu detektieren waren. Die Markierung der GFP-Monozyten mit VSOP änderte hatte keinen Einfluss auf ihren Migrationsweg. Die VSOP-Markierung zeigte sich somit als geeignete Methode für die in vivo Untersuchung der Migrationswege der Monozyten mittels MRT. Außerdem setzten wir primäre Zellkulturen von Mikroglia- und Hippocampus-Neuronen sowie Neuron-Glia-Kokulturen unterschiedlichen Konzentrationen von verschiedenen Eisenoxid-Nanopartikeln (VSOP, Ferucarbotran, Ferumoxytol) aus. Interessanterweise induzierten die eingesetzten Partikel die Degeneration von Neuronen in Monokulturen, während sie das Neuritenwachstum in Neuronen aus Neuron-Glia-Kokulturen in einer konzentrations- und expositionszeitabhängigen Art förderten. So stimulierten niedrigere Konzentrationen von Ferucarbotran und hohe Konzentrationen von VSOP-R2 das Neuritenwachstum. Der Einfluss von Eisenoxid Nanopartikeln auf Gehirnzellen hängt nicht nur vom Partikeltyp ab, sondern auch von dem physiologischen System, auf das sie angewendet werden. Darüber hinaus haben wir eine Methode optimiert, um axonales Wachstum und Regeneration des kortikospinalen Trakts in hippocampalen organotypischen Hirnschnitten zu untersuchen und präsentieren vorläufigen Daten zur potenziellen Anwendung von extrazellulären Vesikeln oder Exosomen, die therapeutische Biomoleküle tragen und mit Eisenoxid Nanopartikeln für die in vivo Verfolgung markiert sind. Um VSOP-Interaktionen auf der dreidimensionalen multizellulären Ebene zu untersuchen, analysierten wir weitergehend den Einfluss von zwei Arten von VSOP (VSOP-R1 und VSOP-R2) auf organotypische Hippocampus-Schnittkulturen. Dabei demonstrierten wir, dass VSOP die Gewebeschichten durchdringen können und Nervenzellen verändern können, wobei sie keinen Einfluss auf die Zytokinhomöostase aufweisen. Wir zeigten ebenfalls, dass Mikroglia-Depletion die VSOP-Aufnahme verringert und, dass Mikroglia-Depletion in Verbindung mit VSOP-Inkubation zu einer erhöhten Rate an hippocampalen Zelluntergängen führt.
