Das Gehirn weist eine hohe Vulnerabilität gegenüber Inflammation und oxidativem Stress auf. Beide Stressoren sind mit einer vermehrten Neurodegeneration in unterschiedlichen Bereichen des Gehirns assoziiert. Für das Medikament Dexmedetomidin (DEX) sind neben antiinflammatorischen und antioxidativen auch neuroprotektive Eigenschaften beschrieben, die komplette Wirkungsweise ist bisher jedoch nicht vollständig geklärt. In der vorliegenden Arbeit galt es, an adulten Wistar Ratten den Einfluss von DEX auf eine durch systemische Applikation von Lipopolysaccharid (LPS) induzierte Neuroinflammation zu untersuchen. Speziell wurden dazu die Zytokine IL1-beta und TNF-alpha sowie die microRNAs (miR) 124, 132, 134 und 155 zu verschiedenen Zeitpunkten im Hippocampus und Cortex mittels Real Time PCR (qPCR) analysiert. Weiterhin fand eine Analyse dieser miRNAs im Plasma statt. Es zeigte sich, dass DEX die durch LPS induzierte Expression von IL1-beta und TNF-alpha signifikant reduziert und die Expression der LPS-induzierten miR 124, 132, 134 und 155 in beiden untersuchten Hirnregionen signifikant verringert. Zusätzlich wiesen miR 132 und 134 im Plasma während der Neuroinflammation ein verändertes Expressionsmuster auf. In einem zweiten Tiermodel wurden nach Schädigung des neonatalen Rattengehirns durch Hyperoxie verschiedene DEX-Konzentrationen bezüglich ihrer möglichen Protektion untersucht. Speziell stand dabei die Begutachtung des apoptotischen Zelltods in unterschiedlichen Hirnarealen im Vordergrund. Zusätzlich wurde oxidativer Stress durch die Analyse von Glutathion und Malondialdehyd (MDA) bestimmt sowie das Zytokin IL1-beta molekularbiologisch analysiert. DEX entfaltete im Modell protektive Effekte durch Verminderung der Neurodegeneration und IL1-beta Expression sowie durch Beeinflussung der untersuchten oxidativen Stressparameter. In einer weiteren Arbeit wurde an adulten Wistar Ratten durch eine Laparotomie sowie nachfolgender LPS-Applikation eine Neuroinflammation induziert und dabei die Wirkung der Acetylcholinesterase-Inhibitoren (AChE-I) Physostigmin (Phy) und Neostigmin (Neo) untersucht. Es wurden verschiedene Zytokine im Gehirn, im Plasma und in der Milz mittels qPCR, Western Blot und Cytometrischem Bead Array (CBA) untersucht sowie der Grad an Neurodegeneration und die Aktivität der Acetylcholinesterase (AChE) im Hippocampus und Cortex bestimmt. Die Applikation von Phy und Neo reduzierte eine LPS-induzierte Neuroinflammation und - degeneration sowie die LPS-vermittelte Erhöhung der AChE-Aktivität. Ferner wurden peripher antiinflammatorische Effekte in der Milz sowie im Plasma detektiert. Zusammenfassend ergibt sich, dass unterschiedliche medikamentöse Interventionen protektive Eigenschaften entfalten, um potentiellen Hyperoxie-Schäden bzw. LPS-induzierten Schäden entgegen zu wirken. Besonders die durch DEX vermittelte Beeinflussung der miRNA Expression eröffnet neue Erkenntnisse, um die komplexe Wirkungsweise dieses Medikaments besser verstehen zu können.
The brain is highly vulnerable to inflammation and oxidative stress. Both stressors are associated with increased neurodegeneration in different areas of the brain. The drug dexmedetomidine (DEX) exerts neuroprotective as well as anti-inflammatory and antioxidative properties. However, the complete molecular mechanisms are not fully understood. In the present work, adult Wistar rats were used to investigate the influence of DEX on neuroinflammation induced by the systemic application of lipopolysaccharide (LPS). The cytokines IL1-beta and TNF-alpha, as well as the microRNAs (miR) 124, 132, 134 and 155 were analyzed in the hippocampus and cortex using real-time PCR (qPCR). Furthermore, these miRNAs were studied in plasma. It was found that DEX significantly reduced the LPS-induced expression of IL1-beta and TNF-alpha and significantly decreased the expression of LPS-induced miR 124, 132, 134, and 155 in both brain regions. In addition, miR 132 and 134 in plasma showed an altered expression pattern during neuroinflammation. In a second animal model various DEX concentrations were tested in the neonatal rat brain exposed to hyperoxia. In particular, the focus was on the evaluation of apoptotic cell death in different areas of the brain. Moreover, oxidative stress was determined by the analysis of glutathione and malondialdehyde (MDA) and the cytokine IL1-beta was investigated. DEX showed protective effects in the neonatal brain by reducing hypoxia-induced neurodegeneration and IL1-beta expression. Furthermore, the drug influenced the oxidative stress parameters in a positive way. In a further work, neuroinflammation was induced in adult Wistar rats by laparotomy and subsequent LPS administration to investigate the effect of the acetylcholinesterase-inhibitors (AChE-I) physostigmine (Phy) and neostigmine (Neo). Different cytokines in the brain, plasma, and spleen were investigated using qPCR, western blot, and cytometric bead array (CBA). Furthermore, the degree of neurodegeneration and the activity of acetylcholinesterase (AChE) were evaluated in the hippocampus and cortex. The application of Phy and Neo reduced LPS-induced neuroinflammation and -degeneration as well as the LPS-mediated increase of AChE activity in both investigated brain regions. Peripheral anti-inflammatory effects were also observed in the spleen and plasma. In summary, different drug interventions show protective properties in order to reduce potential hyperoxic- or LPS-induced damage. The influence of DEX on miRNA expression, in particular, opens up new insights into the complex mode of action of this drug.
