impact on the local microenvironment, neurogenic regions of the brain, motor functions and memory

Das Idiopatische Prakinsonsyndrom (IPS) ist eine neurodegenerative Erkrankung mit charakteristischen motorischen Symptomen, verursacht durch die Degeneration dopaminerger Neurone in der Substantia nigra (SN) und ein resultierendes striatales Dopamindefizit. Durch die Unterbrechung dopaminerger Projektionen im mesolimbischen System sowie der subventrikulären-Zone-(SVZ )-Bulbus-olfactorius-(OB)-Achse kommt es außerdem zu zwei wesentlichen nicht- motorischen Symptomen, zu mnestischen Defiziten und Hyposmie, einem wichtigen Früherkennungsmerkmal. Adulte adipogene mesenchymale Stammzellen (MSC) wurden bereits erfolgreich im Tiermodell für IPS eingesetzt und zeigten neuroprotektive Eigenschaften. Der Zugang zu MSC ist methodisch unkompliziert, sie haben anti-inflammatorische Eigenschaften und sezernieren Faktoren, die eine neuronale Differenzierung induzieren können. Folglich sind sie ideale Kandidaten zur Induktion von Neurogenese und zur Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen. Es gibt Hinweise in der Literatur, dass die genannten Effekte von der Zellkultivierung und dem resultierenden Phänotyp der transplantierten MSC abhängen. Des Weiteren ist die Datenlage über Zelleffekte im zeitlichen Verlauf bisher unzureichend, sodass eine Untersuchung kurz-, mittel- und langfristiger Effekte notwendig wird. In der vorliegenden Arbeit wurden die Effekte sphärischer MSC (sMSC) und adhärenter MSC (aMSC) drei Tage, drei Wochen und sechs Monate nach der Transplantation in die SN 6-Hydroxydopamin (6-OHDA)-lädierter Ratten erforscht. Die transplantierten Zellen wurden hinsichtlich ihrer Expressionsmuster sowie der resultierenden Auswirkungen auf das lokale Mikromilieu und der Protektion dopaminerger Neurone untersucht. Außerdem wurde die Neurogenese im hippokampalen Gyrus dentatus (DG) und in der SVZ betrachtet. In den mittel- und langfristigen Experimenten wurden ferner motorische Symptome und die Gedächtnisleitung gemessen. Drei Tage nach der Transplantation war die subventrikuläre Neurogenese in beiden MSC-Gruppen signifikant erhöht. Die transplantierten Zellen exprimierten brain-derived neurotrophic factor (BDNF). Eine aMSC-Transplantation hatte nach drei Wochen eine Erhöhung der Tyrosinhydroxylase (TH), BDNF- und Glial Fibrillary Acidic Protein (GFAP)-positiver Zellen sowie eine verbesserte Motorfunktion verglichen mit scheinbehandelten und sMSC-transplantierten Tieren zur Folge. sMSC induzierten dagegen eine lokale Mikrogliose, führten zu reduzierten TH- Zahlen in der SN und zu weniger neu generierten Zellen im DG, ohne jedoch die Gedächtnisleistung zu beeinträchtigen. Nach sechs Monaten kam es bei beiden MSC-Gruppen gleichermaßen zu einer Protektion dopaminerger Zellen und zu einer Steigerung der hippokampalen und subventrikulären Neurogenese. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die Transplantation von MSC protektive Effekte auf das dopaminerge System hat und die Neurogenese im Hippokampus und in der SVZ- OB-Achse positiv beeinflusst. Eine vertiefte Untersuchung dieses Therapieansatzes erscheint insofern sinnvoll, als er zu einer kausalen Beeinflussung des Krankheitsverlaufs mit Einfluss auf motorische und nicht- motorische Symptome führen kann.Parkinson’s disease (PD) is a neurodegenerative disorder characterized by motor symptoms resulting from the degeneration of dopaminergic perikarya in the substantia nigra (SN) leading to a striatal dopamine (DA) deficiency. The disruption of DA responses in the mesocorticolimbic system as well as in the subventricular zone (SVZ) olfactory bulb (OB) axis has also been shown to lead to two major non-motor symptoms, namely memory deficits and hyposmia, which is an important early diagnostic marker of the disease. Adult human adipose- derived mesenchymal stem cells (MSC) have been shown to induce neuroprotective effects in models for PD. They can be easily derived, are anti-inflammatory and secrete growth factors important for neuronal differentiation. Consequently, they are ideal candidates for the induction of neurogenesis and repair in neurodegenerative disorders. There is evidence that the effects mentioned above depend on the phenotype of the grafted MSC. Because these effects have not yet been sufficiently evaluated on a time-dependent scale, they were subdivided into acute, intermediate and long-term effects. In the present study, we therefore compared the effects of monolayer-cultured (aMSC) and spheroid (sMSC) MSC following transplantation into the SN of 6-OHDA lesioned rats after three days, three weeks and six months. The transplanted cells were analyzed for their secretion and expression patterns and for their resulting effects on the local microenvironment, including neuroprotection of dopaminergic neurons. Accordingly, the resulting motor symptoms and memory function were measured in the intermediate and long-term experiments. We also examined neurogenesis in both neurogenic zones, the hippocampal dentate gyrus (DG) and the SVZ-OB-axis. Three days after transplantation, subventricular neurogenesis was significantly increased in both groups of MSC-transplanted animals. Grafted cells expressed brain-derived neurotrophic factor (BDNF). Three weeks after transplantation, aMSC significantly increased tyrosine hydroxylase (TH) and BDNF as well as the glial fibrillary acidic protein (GFAP) levels in the SN and improved motor functions compared to untreated and sMSC treated animals. In contrast, sMSC grafting induced increased local microgliosis, decreased TH levels in the SN and reduced the numbers of newly generated cells in the DG without affecting hippocampal learning and memory function. After six months, dopamine levels were maintained by the graft of both MSC phenotypes. Hippocampal and subventricular neurogenesis also were significantly improved by MSC transplantation. To summarize the result of these three studies, the MSC graft has protective effects on the dopaminergic system and modulatory effects on neurogenesis in the hippocampus and SVZ-OB- axis. Further investigation on MSC therapy appears to be promising, as it may lead to causal disease-modifying therapeutic strategies with respect to motor as well as non-motor symptoms