Ein humanes 3D Kokultursystem mit Neuronen und Mikrogliazellen zur in vitro Modellierung von Morbus Alzheimer

Abstract

Die Alzheimererkrankung ist die häufigste neurodegenerative Erkrankung weltweit. Ausgehend vom Jahr 2010 bis zum Jahr 2050 werden sich die Zahlen nach mathematischen Schätzungen ca. verdreifachen. Besonders die Erforschung von Therapieoptionen gestaltete sich in der Vergangenheit, durch den Mangel an suffizienten Modellen bzw. den Einsatz von Tiermodellen, die die AD Pathologie nur unzureichend widerspiegeln, schwierig. Erste Fortschritte stellte die Etablierung von human iPSZ-abgeleiteten Modellen dar, die bereits Teilaspekte der AD Pathologie und besonders den humantypischen Charakter der Erkrankung rekapitulieren konnten. Erst vor kurzem ist es gelungen, weitere humane AD-relevante Zelltypen, wie z.B. Mikrogliazellen, zu generieren und damit die AD Forschung voranzubringen. <br /> Das in dieser Dissertation etablierte humane iPSZ-abgeleitete 3D Kokultursystem soll den Weg für die weitere Erforschung der komplexen pathophysiologischen Prozesse von Morbus Alzheimer in vitro ebnen und dazu beitragen, Mikrogliazellen mehr in den Fokus der AD Forschung zu rücken, da bisherige Therapieoptionen, die sich rein mit der Verringerung der Amyloidpathologie beschäftigt haben, fehlgeschlagen sind. Dazu wurde das bestehende in vitro Modell mit Fokus auf der extrazellulären Aß- und intrazellulären Tau-Pathologie, um neurodegenerative und neuroinflammatorische Gesichtspunkte, durch die Zugabe von humanen Mikrogliazellen, ergänzt. <br /> In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass die transgenen iPSZ (imAP) unter Doxycyclin eine stabile Bildung von 6E10-positiven Aggregaten und eine signifikant erhöhte Amyloid ß Konzentration erzeugen. Im Weiteren konnte im Rahmen der Kokultivierung das Zusammenspiel der Mikrogliazellen mit der neuronalen Umgebung untersucht werden. Dabei zeigte sich zum einen eine stabile Überlebensfähigkeit der iPSdMiG im Untersuchungszeitraum von 5 Tagen, zum anderen konnten Hinweise auf eine ausgeprägte Phagozytosefähigkeit gefunden werden. Konfokal-mikroskopische Untersuchungen zeigten Kolokalisationen von Mikrogliazellen mit sowohl apoptotischen Zellen als auch 6E10 positiven Strukturen. Zudem ließen sich durch 3D Rekonstruktion die eben genannten Strukturen innerhalb der Mikrogliazelle nachweisen, was auf eine aktive Aufnahme der Bestandteile schließen lässt. Weiterhin konnte unter Vorlage der Aß-Pathologie eine fast 3-fach erhöhte Amyloid Menge innerhalb der Mikrogliazelle sowie ein Gruppierungsverhalten um pathologische 6E10 positive Aggregate nachgewiesen werden. Diese Beobachtungen im vorliegenden in vitro Modell sind nach aktuellem Forschungsstand mit dem physiologischen Verhalten von Mikrogliazellen in vivo vereinbar, was die Reliabilität des Modells unterstreicht. Des Weiteren konnte eine Modulierbarkeit und Reagibilität des Zytokin- und Oberflächenexpressionsprofils sowie der Morphologie der Mikrogliazellen nachgewiesen werden, was durch die Hinzunahme weiterer Parameter (weitere Zytokine und Oberflächenmaker) sowie weiterer Tools (z.B. „Machine Learning“) neue Ansatzpunkte für zukünftige Forschungsfragen liefert. <br /> Das vorliegende humane Kokultursystem schafft eine gute Grundvoraussetzung für die Erforschung und Etablierung neuer Therapieoptionen für AD. Besonders immunologische Gesichtspunkte und die Rolle der Mikrogliazellen können mit dem vorliegenden Modell weiter ergründet werden. Dabei ermöglicht dieses leicht zugängliche in vitro Modell potenziell auch die parallele Testung einer Reihe von therapeutischen Substanzen.