Untersuchung von Neuroprotektion des nigro-striatalen Dopaminsystems nach unmittelbar vs. verzögert initiierter chronischer tiefer Hirnstimulation des Nucleus subthalamicus im 6- Hydroxydopamin-Parkinsonmodell der Ratte

Abstract

Einleitung Das idiopathische Parkinsonsyndrom (IPS) oder M. Parkinson ist eine durch den Untergang dopaminerger Neurone der Subtantia nigra bedingte progrediente Bewegungsstörung. Goldstandard in der Therapie stellt die Dopamin-Substitution mittels L-DOPA dar. Die tiefe Hirnstimulation oder Deep Brain Stimulation (DBS) ist eine etablierte Therapieoption für Patienten im fortgeschrittenen Krankheitsstadium. In der hier vorgestellten Studie wurden mögliche neuroprotektive Effekte der DBS auf die dopaminergen Neurone der SNc untersucht. In Vorgängerstudien, wurden mittels neurochemischen und immunhistochemischen Untersuchungen Hinweise auf nigrale Neuroprotektion detektiert. Methoden Die Versuche wurden an 34 männlichen Wistar-Ratten durchgeführt. Das substanzinduzierte Rotationsverhalten nach unilateraler 6 -OHDA-Injektion (Ungerstedt-Modell) wurde angewendet. Die Tiere wurden in eine Kontroll-, DBS- und Early-Stim-Gruppe- entsprechend der Initiation und Dauer der Stimulation unterteilt. Mittels immunhistochemischer Färbungen und stereologischer Auswertungen wurden Tyrosinhydroxylase immunreaktive Neurone der SNc quantifiziert. Die Tyrosinhydroxylase fungiert als Surrogatmarker für das Überleben von dopaminergen SNc- Neuronen. Ergebnisse Die Analyse der Rotationsdaten erbrachte keinen Unterschied zwischen den Gruppen. Die Quantifizierung der TH-immunreaktiven Neurone der lädierten und nicht- lädierten Seite der SNc zeigte in den Stimulationsgruppen eine statistisch signifikant höheren prozentualen Anteil dopaminerger Neurone verglichen mit der Kontrollgruppe. Der Vergleich der absoluten Zellzahlen der Gruppen zeigt eine signifikant erhöhte Präservation des dopaminergen Phänotyps auf denlädierten Seiten der im Intervall STN-stimulierten und der frühzeitig STN- stimulierten Tiere im Vergleich zur Kontrollgruppe. Zudem stellten wir auch auf den nicht-lädierten Seiten beider Stimulationsgruppen eine signifikant erhöhte Zellzahl TH-positiver Neurone. Die densitometrische Analyse der TH- positiven Fasern im dorsolateralen Striatum erbrachte den Nachweis einer signifikant erhöhten TH Fiber Density in der Gruppe Early-Stim-Gruppe im Vergleich zu STN naiven Kontrollen und den im Intervall STN-stimulierten (STN- DBS) Tieren. Diskussion Die vorgestellte Studie zielte darauf ab, mögliche neuroprotektive Auswirkungen zweier unteschiedlicher Paradigmen der STN-DBS in der SNc anhand des Surrogatmarkers Tyrosinhydroxylase und der striatalen Densitometrie nachzuweisen. Die Auswertung der erhobenen Ergebnisse lässt drei Kernaussagen zu: 1. Unabhängig vom DBS-Paradigma (Early-Stim. vs. STN-DBS) hat die STN-DBS einen neuroprotektiven Effekt auf den nigralen dopaminergen Phänotyp. 2. Eine erhöhte Präservation TH-immunreaktiver Axonterminalen im Striatum nach Early-Stim- DBS. 3. In den Verhaltenstest ließ sich keine funktionelle Korrelation mit den o.g. Ergebnissen nachweisen. In dieser Arbeit wurde somit der Nachweis eines neurprotektiven Effektes der STN-DBS durch die Quantifizierung TH-positiver SNc-Neurone und mittels Densitometrie des Striatums erbracht werden. Auf Verhaltensebene zeigte sich kein Effekt. Derzeit wird eine zusätzliche immunhistochemische Färbung zur Kolokalisation von TH und NeuN ausgewertet. Hier soll der spezifische Nachweis der neuronalen Vitalität zusätzlich zur dopaminergen Präservation nach DBS erfolgen. Künftige Studien sollten geeignete Stimulationsparadigmen untersuchen. Zudem sollte die Etablierung neuer Tiermodelle des IPS im Fokus künftiger Studien stehen.

Object The idiopathic Parkinson-Syndrome or Parkinson's Disease is a movement disorder characterized by the loss of dopaminergic neurons in the Substantia Nigra pars compacta. Dopamine substitution via L-DOPA represents the Goldstandard in Therapy. DBS has been well established as a therapy option for patients with an advance state of disease. In this study, we investgated neuroprotective effects of DBS on nigral dopaminergic neurons. Indications of neuroprotective effects, assessed via neurochemical and immune-histochemical analysis could be detected in previous studies. Methods Animal tests have been performed on 34 Wistar-rats. Behavioural testing has been assessed via substance-induced rotation behavior after unilateral 6-OHDA-injection (Ungerstedt-model). Animals have been separated in control-, DBS- and Early- Stim-group according to initiation of stimulation. TH-immunereactive Neurons have been quantified via immune-histochemical staining and stereological analysis. Tyrosinhydroxylase is an established marker for survival of dopaminergic SNc-neurons. Results In the analysis of rotation data, we saw no difference between the groups. Quantification of TH- immunereactive neurons of the lesioned and non-lesioned nigral side revealed a significant higher percental amount of dopaminergic neurons compared to control. Comparison of absolute cell numbers of groups showed a significant higher preservation of the dopaminergic phenotype on the lesioned side of delayed-onset-stimulation and the early stimulated group. Moreover, we detected a significant higher number of TH-poitive neurons on the non-lesioned side. Striatal densitometry showed a significant higher TH-fiber-density in the early-stim-group compared to control and late- onset-group. Discussion The present study focused on the evidence of neuroprotective effects of DBS in two different stimulation- paradigms. Therefore, we quantified Tyrosinhydroxylase in nigral cells as a marker for dopamine-metabolism and striatal densitometry. The results can be summarized in three central statements: 1. There is a neuroprotective effect of STN-DBS on the dopaminergic phenotype irrespectively of the stimulation- paradigm. 2\. A higher preservation TH-immunreactive axon-terminals in the striatum after early-onset- stimulation. 3. In behavioural testing we found no evidence of correlation with these results. In the present study we provide proof of neuroprotective effevts of STN-DBS via quantification of TH-positive nigral neurons and striatal densitometry. Behavioural testing revealed no effect of stimulation. At present, we analyse colocalisation of TH and NeuN via immune-histochemical stainings to detect neuronal vitality additional to dopaminergic preservation after DBS. In further studies, stimulation paradigms should be investigated. Furthermore, studies should focus on new animal models of Parkinsonism.