Einfluss moderater intraischämischer Hypothermie auf die Proliferation und Differenzierung neuronaler Stammzellen 28 Tage nach inkompletter Vorderhirnischämie und Reperfusion der adulten Ratte

Hypothermie schützt Neurone vor hypoxischen, ischämischen und traumatischen Schädigungen. Bisher ist jedoch unklar, ob Hypothermie auch endogene Reparaturmechanismen beeinflusst. Die vorliegende Arbeit untersucht daher den Einfluss intraischämischer Hypothermie auf das neuroregenerative Potential des Gehirns nach zerebraler Ischämie.rn50 männliche Sprague-Dawley Ratten wurden hierzu anästhesiert, intubiert und in folgende Versuchsgruppen randomisiert: Normotherme Ischämie (Normo/BACO), intraischämische Hypothermie (Hypo/BACO) sowie korrespondierende scheinoperierte Kontrollgruppen (Normo/Sham und Hypo/Sham). In den Gruppen Normo/Sham und Normo/BACO wurde die perikranielle Temperatur konstant bei 37 °C gehalten während sie in den Gruppen Hypo/Sham und Hypo/BACO für 85 min auf 33 °C gesenkt wurde. Durch bilaterale Okklusion der Aa. carotides communes in Kombination mit hämorrhagischer Hypotension wurde in BACO-Tieren eine 14-minütige inkomplette globale zerebrale Ischämie induziert. Tiere der Kontroll-Gruppen (Sham) blieben ohne Induktion einer Ischämie in Narkose. 15 weitere Tiere durchliefen nicht den operativen Versuchsteil und bildeten die Nativ-Gruppe, die als Referenz für die natürliche Neurogenese diente. Zur in-vivo-Markierung der Stammzellen wurde vom ersten bis siebten postoperativen Tag Bromodeoxyurindine (BrdU) injiziert. Nach 28 Tagen wurden die Gehirne entnommen. Die Analyse des histopathologischen Schadens erfolgte anhand HE-gefärbter Hirnschnitte, die Quantifikation der absoluten Anzahl neu gebildeter Zellen im Gyrus dentatus erfolgte mittels BrdU-Färbung. Anhand einer BrdU/NeuN-Immunfluoreszenz-Doppelfärbung konnte der Anteil neu generierter Neurone bestimmt werden.rnNach zerebraler Ischämie zeigten Tiere mit Normothermie eine Schädigung der CA 1-Region von über 50 % während hypotherme Ischämietiere einen Schaden von weniger als 10 % aufwiesen. Tiere ohne Ischämie (Hypo/Sham, Normo/Sham, Nativ) zeigten keinen histopathologischen Schaden. Die Anzahl neu gebildeter Neurone im Gyrus dentatus lag für normotherme Ischämietiere (Normo/BACO) bei 18819 und für Tiere mit intraischämischer Hypothermie (Hypo/BACO) bei 15175 neuen Neuronen. In den Kontroll-Gruppen wiesen Tiere der Gruppe Normo/Sham 5501, Tiere der Gruppe Hypo/Sham 4600 und Tiere der Nativ-Gruppe 5974 neu generierte Neurone auf.rnDiese Daten bestätigen frühere Studien, die eine Reduktion des neuronalen Schadens durch intraischämische Hypothermie zeigten. Infolge des ischämischen Stimulus kam es im Vergleich zu beiden Kontroll- und der Nativ-Gruppe zu einem signifikanten Anstieg der Anzahl neuer Neurone in beiden Ischämiegruppen unabhängig von der Temperatur. Somit scheint das Ausmaß der histopathologischen Schädigung keinen Einfluss auf die Anzahl neu gebildeter Neurone zu haben. Darüber hinaus beeinflusste die therapeutische Hypothermie auch nicht die natürliche Neurogeneserate. Die erhobenen Daten lassen vermuten, dass Hypothermie keinen Effekt auf die Anzahl und Differenzierung neuronaler Stammzellen aufweist, unabhängig davon, ob eine zerebrale Schädigung vorliegt.Hypothermia protects neurons from ischemic, hypoxic and traumatic insults. However, it is unclear whether hypothermia interferes with endogenous repair mechanisms. This study investigates the effect of periischemic hypothermia on the neuroregenerative potential of the brain after cerebral ischemia.rn50 male Sprague-Dawley rats were anesthetized, intubated and randomized to four treatment groups: normothermic ischemia (group Normo/BACO), periischemic hypothermia (Hypo/BACO) plus two groups without ischemia (Normo/Sham and Hypo/Sham). Pericranial temperature was maintained constant at 37°C in groups Normo/BACO and Normo/Sham and reduced for 85 min to 33°C in groups Hypo/BACO and Hypo/Sham. Forebrain ischemia (14 min) was induced by bilateral carotid artery occlusion (BACO) in combination with hemorrhagic hypotension. 15 more rats did not run surgery (group Nativ) to represent natural neurogenesis. Bromodeoxyuridine (BrdU) was injected intraperitoneally for seven days as a marker of newly generated cells. After 28 days all animals were killed, brains were removed and slices were stained with hematoxylin and eosin to evaluate histopathological damage of the hippocampus. Double immunfluorescence staining was performed to analyze sections for coexpression of BrdU and neuronal marker NeuN in the dentate gyrus. rnAnimals without ischemia (groups Normo/Sham, Hypo/Sham, Nativ) showed no histopathological damage in the hippocampus. After cerebral ischemia more then 50 % of the CA 1-region was damaged in animals with normothermia (Normo/BACO) and less than 10 % with hypothermia (Hypo/BACO). After cerebral ischemia in normothermic rats (Normo/BACO) 18819 and in periischemic hypothermic rats (Hypo/BACO) 15175 new neurons were generated. Without ischemia animals of the normothermic group (Normo/Sham) generated 5501, animals of the hypothermic group (Hypo/Sham) 4600 and those of the Nativ-group generated 5974 new neurons.rnThe present data confirm previous studies, showing that periischemic hypothermia reduces histopathological damage in rat brains. Hypothermia had no influence on neurogenesis in animals with or without cerebral ischemia. The severity of the histopathological damage also had no influence on neurogenesis because the amount of newly generated neurons and cells did not differ between the histopathological damage of 50 % (Normo/BACO) and less than 10 % (Hypo/BACO) in the hippocampus. These data suggest that in the context of endogenous repair mechanisms, hypothermia has neither positive (increase) nor negative (decrease) effects on number and differentiation ob neuronal stem cells