Bedeutung der Makroglia-Mikroglia/Makrophagen-Interaktion für die Regenerationskapazität des traumatisierten kaninen Rückenmarks
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Aus den beiden Förderperioden des Teilprojektes 3 resultierten grundlegende Erkenntnisse zur Pathogenese kaniner Rückenmarksverletzungen sowie wichtige Ergebnisse aus der in vitro und in vivo Charakterisierung regenerationsfördernder kaniner Makroglia und Mikroglia/Makrophagen. Da der Spezies Hund eine enorme Bedeutung als translationales Tiermodell für vergleichbare Erkrankungen des Menschen zukommt, liefern die Resultate dieses Teilprojektes einen wichtigen Beitrag für ein detailliertes Verständnis der pathologischen Prozesse bei Rückenmarksverletzungen und zeigen mögliche, innovative veterinär- und humanmedizinische Therapieansätze für die Zukunft auf. Die Ergebnisse des Teilprojektes 3 zeigen, dass akute und subakute kanine Rückenmarksverletzungen sich zum einen durch eine früh einsetzende und anhaltende Axonopathie auszeichnen, jedoch auch Hinweise auf spontane axonale Regenerationsversuche bestehen. Im Hinblick auf die Immunantwort findet sich neben einem pro-inflammatorischen Mikromilieu eine Dominanz von Mikroglia/Makrophagen, denen eine entscheidende Bedeutung in der Pathogenese kaniner Rückenmarksverletzungen zukommt. Mittels einer erstmalig am nicht-experimentellen Tiermodell für Rückenmarksverletzungen durchgeführten globalen Transkriptomanalyse ließ sich eine ausgeprägte Regulation von zahlreichen, insbesondere bei Immunprozessen involvierten Genen nachweisen, unter denen sich möglicherweise interessante Kandidatengene für therapeutische Eingriffe finden. Darüber hinaus finden sich auf Transkriptomebene, vergleichbar mit experimentellen Nagetiermodellen, Hinweise auf eine signifikante Polarisierung von Mikroglia/Makrophagen in einen klassisch aktivierten, neurotoxischen M1-Phänotyp. In diesem Projekt gelang es weiterhin, kanine Makrophagen aus dem Blut zu isolieren und zu kultivieren sowie diese erstmalig in verschiedene Phänotypen zu polarisieren. Neben morphologischen Unterschieden zwischen den beiden Polaritäten (klassisch aktivierte M1-Makrophagen, alternativ aktivierte M2-Makrophagen) gelang es mittels Microarray-Analysen massive Unterschiede im Transkriptom der beiden Polaritäten aufzudecken. Diese globale Transkritomanalyse dient als wichtige Grundlage, um Marker für unterschiedlich polarisierte kanine Makrophagen zu identifizieren und die Expression dieser Marker daraufhin im natürlich geschädigten Gewebe zu verifizieren. Weiterhin ließen sich in diesem Teilprojekt am kaninen Rückenmark gewonnene Erkenntnisse auch auf weitere kanine ZNS-Erkrankungen sowie auf Nagermodelle anwenden. Ähnlichkeiten und Unterschiede in der Pathogenese einer primär traumatischen Erkrankung (Rückenmarksverletzungen) und demyeliniserenden, neuroinflammatorischen Erkrankungen können hier wichtige Informationen über pathogenetisch einheitliche Prozesse im geschädigten ZNS liefern und so die Entwicklung neuer Therapieeinsätze fördern, die nicht nur gezielt für eine Erkrankungsform wirksam sind, sondern möglicherweise auch auf andere Erkrankungen des ZSN übertragbar sein können. Weiterhin gelang es in diesem Teilprojekt, regenerationsfördernde Effekte kaniner Makroglia detailliert in vitro zu charakterisieren. Die Ergebnisse zeigen ein verbessertes Neuritenwachstum und eine vermehrte Arborisierung kaniner Dorsalwurzelganglienneurone, wenn diese mit olfaktorischen Hüllzellen oder kaninen Schwann-Zellen ko-kultiviert werden. Olfaktorische Hüllzellen sowie Schwann-Zellen stellen somit vielversprechende Kandidaten für eine therapeutische Zelltransplantation in das traumatisierte Rückenmark dar. Die Charakterisierung der klinisch-therapeutischen Effekte einer solchen Zelltransplantation in das natürlich traumatisierte kanine Rückenmark erfolgte im Teilprojekt 2 (Arbeitsgruppe Tipold).
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
Cell surface expression of 27C7 by neonatal olfactory ensheathing cells in situ and in vitro is independent of axonal contact. Histochemistry and Cell Biology, 135:397-408, 2011
Brandes G, Khayami M, Peck C-T, Baumgärtner W, Bugday H und K Wewetzer
-
Defining the morphological phenotype: 2', 3'-cyclic nucleotide 3'- phosphodiesterase (CNPase) is a novel marker for in situ detection of canine but not rat olfactory ensheathing cells. Cell Tissue Research, 344:391-405, 2011
Omar M, Bock P, Kreutzer R, Ziege S, Imbschweiler I, Hansmann F, Peck CT, Baumgärtner W und K Wewetzer
-
Distinct spatio-temporal extracellular matrix accumulation within demyelinated spinal cord lesions in Theiler's murine encephalomyelitis. Brain Pathology, 22:188-204, 2011
Haist V, Ulrich R, Kalkuhl A, Deschl U und W Baumgärtner
-
Species-specific control of cellular proliferation and the impact of large animal models for the use of olfactory ensheathing cells and Schwann cells in spinal cord repair. Experimental Neurology, 229:80-87, 2011
Wewetzer K, Radtke C, Kocsis J und W Baumgärtner
-
Transplantation of olfactory ensheathing cells as adjunct cell therapy for peripheral nerve injury. Cell Transplantation, 20:145-152, 2011
Radtke C, Wewetzer K, Reimers K und PM Vogt
-
Axonopathy is associated with complex axonal transport defects in a model of multiple sclerosis. Brain Pathology, 22:454-471, 2012
Kreutzer M, Seehusen F, Kreutzer R, Pringproa K, Kummerfeld M, Claus P, Deschl U, Kalkul A, Beineke A, Baumgärtner W und R Ulrich
-
The role of pro- and anti-inflammatory cytokines in the pathogenesis of spontaneous canine CNS diseases. Veterinary Immunology and Immunopathology, 147:6-24, 2012
Spitzbarth I, Baumgärtner W und A Beineke
-
Spatio-temporal development of axonopathy in canine intervertebral disc disease as a translational large animal model for nonexperimental spinal cord injury. Brain Pathology, 23:82-99, 2013
Bock P, Spitzbarth I, Haist V, Stein VM, Tipold A, Puff C, Beineke A und W Baumgärtner
-
Toward defining the regenerative potential of olfactory mucosa: establishment of Schwann cell-free adult canine olfactory ensheathing cell preparations suitable for transplantation. Cell Transplantation, 22:355-367, 2013
Ziege S, Baumgärtner W und K Wewetzer
-
Associated occurrence of p75 neurotrophin receptor expressing aldynoglia and microglia/macrophages in long term organotypic murine brain slice cultures. Brain Research, 1595:29-42, 2015
Spitzbarth I, Cana A, Hahn K, Hansmann F und W Baumgärtner
-
Contribution of Schwann cells to remyelination in a naturally occurring canine model of CNS neuroinflammation. Plos One, 10:e0133916, 2015
Kegler K, Spitzbarth I, Imbschweiler I, Wewetzer K, Baumgärtner W und F Seehusen
-
Passage-dependent morphological and phenotypical changes of a canine histiocytic sarcoma cell line (DH82 cells). Veterinary Immunology and Immunopathology, 163:86-92, 2015
Heinrich F, Contioso VB, Stein VM, Carlson R, Tipold A, Ulrich R, Puff C, Baumgärtner W und I Spitzbarth
