Transmigration von Monozyten in das Gehirn in vivo

Die Alzheimer`sche Erkrankung ist eine schwere chronische neurodegenerative Störung im Gehirn, charakterisiert durch beta-Amyloid Ablagerungen, Tau-Pathologie, cerebrovaskuläre Schäden, Entzündung und Zelltod von Nervenzellen, die den Botenstoff Azetylcholin bilden. Die massive Verschlechterung in Gedächtnis und Lernen ist dabei auf einen Verlust von Azetylcholin im Cortex und Hippokampus zurückzuführen. Ziele in der Forschung sind es nun, diese cholinergen Nervenzellen vor der Neurodegeneration zu schützen bzw. den Verlust von Azetylcholin zu ersetzen. Der Nervenwachstumsfaktor (NGF) ist das wirkungsvollste Molekül, welches diese cholinergen Nervenzellen vor der Neurodegeneration schützt. Da aber NGF ein sehr großes Molekül ist, kann es nicht so einfach durch die Bluthirnschranke (BHS) in das Gehirn gelangen, daher wurden klinisch sowohl direkte Infusionen von NGF in das Gehirn von Alzheimerpatienten, aber auch Transplantationen von NGF-freisetzenden Zellen durchgeführt. In unserem Labor interessieren wir uns für die nicht-invasive Möglichkeit, Monozyten als Vehikel für den Transport von NGF in das Gehirn zu verwenden. Wir konnten in einer kürzlich publizierten Arbeit (Böttger et al., 2010) zeigen, dass NGF-freisetzende Zellen über eine synthetische BHS in vitro wandern und dort cholinerge Nervenzellen im organotypischen Gehirnschnitt schützen. Das Ziel dieses Projektes ist es, Monozyten als Vehikel in vivo zu testen, ob es gelingt cholinerge Nervenzellen mithilfe von NGF zu schützen bzw. den Verlust von Azetylcholin zu ersetzen. Im Detail wollen wir (1) primäre Monozyten generieren, die Azetylcholin und NGF bilden und sekretieren, (2) den pro-inflammatorischen Status der transmigrierten Monozyten in vivo bestimmen, sowie dem entgegenwirken und (3) dem Verlust der Kognition und cholinergen Aktivität in vivo durch transmigrierende Monozyten entgegenwirken. Wir wollen zwei verschiedene in vivo Modelle verwenden: (1) ein Hypercholesterolämie Modell, welches wir kürzlich charaktersiert haben (Ullrich et al., 2010) und (2) ein gut etabliertes Alzheimer Modell der Maus. Wir werden das Gedächtnis im 8-armigen Labyrinth testen, kortikale Spiegel von Azetylcholin, NGF und entzündlichen Markern messen sowie das Überleben cholinerger Nervenzellen studieren. Zusammenfassend soll unsere Transmigrationsstrategie mit Monozyten den Verlust von Azetylcholin und damit einhergehend den Gedächtnisverlust kompensieren und wir wollen jene Parameter besser verstehen, die bei der Transmigration der Monozyten eine Rolle spielen. Diese Versuche sollen neue innovative Strategien aufzeigen, die eventuell für eine zukünftige Alzheimertherapie anwendbar sein könnten.

Neurodegenerative Erkrankungen des Gehirns verursachen die Parkinsonsche oder Alzheimersche Erkrankung. Dabei sterben Nervenzellen, die den Botenstoff Dopamin (Parkinson) oder Azetylcholin (Alzheimer) bilden. In der Grundlagenforschung versucht man den Zelltod dieser Nervenzellen zu verhindern. Dazu können Wachstumsfaktoren eingesetzt werden, wie zB der Glial-cell line derived Wachtumsfaktor (Parkinson) oder der klassische Nervenwachstumsfaktor (NGF, Alzheimer). Das Problem ist aber, wie man diese schützenden Faktoren an die richtige Stelle in das Gehirn bekommt, ohne Nebenwirkungen zu erzeugen. Im vorliegenden Projekt wollten wir Blutzellen als Vehikel verwenden, um NGF in das Gehirn zu transportieren. Wir isolierten Monozyten aus dem Blut der Maus und testeten Möglichkeiten diese mit NGF zu beladen. Dann wurden diese Monozyten über den Blutstrom in die Maus appliziert. Wir nützten dabei ein Modell, bei dem die Bluthirnschranke gestört ist, nämlich ein Hypercholesterolämie Mausmodell und eine transgene Alzheimermaus. Im ersten Modell konnten wir zeigen, dass NGF beladene Monozyten den Zelltod von Azetylcholin-Nervenzellen verhindern kann. Im zweiten Modell konnten wir zeigen, dass eingewanderte Monozyten in der Lage sind die toxischen Ablagerungen abzubauen. Zusammengefasst zeigen unsere Arbeiten, dass exogen eingebrachte Blutzellen (Monozyten) in der Lage sind über eine geschädigte Bluthirnschranke in das Gehirn einzuwandern und dort protektive Effekte auszuüben. Eine therapeutische Applikation ist ein gangbarer Weg, jedoch ist die komplexe Isolierung und Beladung der Monozyten derzeit noch die größte Schwierigkeit. Die Verwendung anderer Blutzellen, die leichter isolierbar sind, wie zB die Blutplättchen wäre eine mögliche Alternative.