Molekulare Bildgebung der Differenzierung von neuralen Stammzellen - ein neuer quantitativer und nicht-invasiver Ansatz mittels Bildgebungsreportern

• Antragsteller: Dr. Markus Aswendt, seit 4/2016
• Fachliche Zuordnung: Molekulare und zelluläre Neurologie und Neuropathologie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 253412843

Zu den häufigsten neurologischen Erkrankungen zählen Schlaganfall, Demenz und Parkinson. Das fortschreitende Absterben von Neuronen führt zu einem dauerhaften Funktionsverlust der betroffenen Hirnregion und kann mit den bisher etablierten Therapien nicht rückgängig gemacht werden. Stammzellforschung kann hierbei einen entscheidenden Beitrag für das bessere Verständnis der molekularen Ursachen und die Entwicklung neuer Therapien liefern. Insbesondere neurale Stammzellen stellen eine vielversprechende Ressource dar, da sie in alle neuronalen und glialen Zellen des Zentralnervensystems differenzieren können. Grundlage des hier vorgestellten Projektes sind unsere Vorarbeiten auf dem Gebiet der molekularen Bildgebung von Stammzell-basierter Regeneration nach Schlaganfall. Unser Ziel ist die Etablierung einer molekularen Bildgebungsplattform, welche erstmalig eine nicht-invasive und quantitative Verfolgung neuraler Stammzelldifferenzierung ermöglicht. Hierfür werden verschiedene Bildgebungsreporter in neuralen Stammzellen exprimiert. In Abhängigkeit des Promoters (konstitutiv oder Zell-spezifisch) treten die Bildgebungsreporter in allen Zellen oder nur in differenzierten Zellen auf. Gegenüber den etablierten invasiven Methoden lassen sich mittels molekularer Bildgebung die Zusammenhänge zwischen Zellvitalität, Zellschicksal und dem therapeutischen Effekt in vivo darstellen und nachweisen. In einer Vorstudie konnte bereits die Differenzierung von murinen neuralen Stammzellen in Astrozyten in der Kulturschale und nach Transplantation in das Maushirn untersucht werden. Das konstitutiv exprimierte Reporterset (Biolumineszenz- und Fluoreszenzprotein) lässt sich von dem Astrozyten-spezifischen Reporterset durch selektive Biolumineszenzsubstrate und die Emissionsspektren der Fluoreszenzproteine unterscheiden. Das konstitutive Biolumineszenzsignal gibt Rückschluss auf die Zahl von vitalen Zellen und die Astrozyten-spezifische Biolumineszenz ermöglicht die Verfolgung der glialen Differenzierung in vitro und in vivo. In Übereinstimmung mit der Immunhistochemie konnten undifferenzierte und differenzierte Zellen in situ durch die selektiv exprimierten Fluoreszenzproteine zugeordnet werden. Im Rahmen des hier beantragten Projektes soll die Bildgebungsplattform für eine Vielzahl neuraler Zelltypen validiert und für die Anwendung im Tiermodell angepasst werden. Ein weiteres Ziel des Projektes ist die Identifizierung von Substanzen mit einem pro-neuronalen und pro-glialen Effekt auf die Differenzierung. Hierdurch wird es erstmals möglich, über die reine Strukturauflösung hinaus, mittels molekularer Bildgebung den regenerativen Effekt von Stammzellen bei neurologischen Erkrankungen auf zelluläre Funktionen in vivo zurückzuführen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemalige Antragstellerin: Dr. Annette Tennstädt, von 1/2015 bis 4/2016