Neuronale Stammzellen

Experimentelle Beweise für die Möglichkeit der Regeneration von ZNS-Zellen wurden viel früher als die Entdeckung embryonaler Stammzellen in Studien erbracht, die das Vorhandensein von Zellen im Neokortex, Hippocampus und Bulbus olfactorius des Gehirns erwachsener Ratten zeigten, die 3H-Thymidin einfangen, d. h. zur Proteinsynthese und -teilung fähig sind. Bereits in den 60er Jahren des letzten Jahrhunderts nahm man an, dass diese Zellen Vorläufer von Neuronen sind und direkt an Lern- und Gedächtnisprozessen beteiligt sind. Etwas später wurde das Vorhandensein von Synapsen auf de novo gebildeten Neuronen entdeckt und die ersten Arbeiten über die Verwendung embryonaler Stammzellen zum Zweck der Induktion der Neurogenese in vitro erschienen. Ende des 20. Jahrhunderts führten Experimente mit der gerichteten Differenzierung von ESCs in neurale Vorläuferzellen sowie dopaminerge und serotonerge Neuronen zu einer Revision der klassischen Vorstellungen über die Fähigkeit von Nervenzellen bei Säugetieren zur Regeneration. Die Ergebnisse zahlreicher Studien haben sowohl die Realität der Umstrukturierung neuronaler Netzwerke als auch das Vorhandensein von Neurogenese während der gesamten postnatalen Lebensphase des Säugetierorganismus überzeugend bewiesen.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ], [ 6 ]

Quellen neuronaler Stammzellen

Menschliche neurale Stammzellen werden bei Operationen an der subventrikulären Region der Seitenventrikel und dem Gyrus dentatus des Hippocampus isoliert. Deren Zellen bilden in Kultur Neurosphären (Neuralsphären) und nach deren Dispersion und Präformation alle wichtigen Zelltypen des Zentralnervensystems oder, in einem speziellen Medium, neue Mikrosphären. Auch in Suspensionskulturen von dissoziiertem Gewebe, das aus den periventrikulären Regionen des embryonalen Gehirns isoliert wurde, entstehen Neurosphären.

Zu den Markern unreifer Gehirnzellen gehören Nestin, Beta-Tubulin III (neuronaler Linienmarker), Vimentin, GFAP und NCAM, die immunzytochemisch mithilfe monoklonaler Antikörper identifiziert werden. Nestin (intermediäres Neurofilamentprotein Typ IV) wird von multipotenten neuroektodermalen Zellen exprimiert. Dieses Protein wird verwendet, um multipotente neuroepitheliale Vorläuferzellen aus dem ZNS mithilfe des monoklonalen Antikörpers Rat-401 zu identifizieren und zu isolieren. Dieser Antikörper kann bis zu 95 % der Neuralrohrzellen in Rattenembryos am elften Tag der Trächtigkeit erkennen. Nestin wird nicht auf differenzierten Nachkommen neuraler Stammzellen exprimiert, ist aber in frühen neuralen Vorläuferzellen, postmitotischen Neuronen und frühen Neuroblasten vorhanden. Dieser Marker wurde verwendet, um neuroepitheliale Vorläuferzellen zu identifizieren und die Existenz von Stammzellen im ZNS nachzuweisen. Vimentin (intermediäres Neurofilamentprotein Typ III) wird von neuralen und glialen Vorläuferzellen sowie von Neuronen, Fibroblasten und glatten Muskelzellen exprimiert. Daher fehlt beiden immunzytochemischen Markern die erforderliche Spezifität, um neurale Stamm- und Vorläuferzellen getrennt zu identifizieren. Beta-Tubulin III gibt die neuronale Richtung der Stammzelldifferenzierung vor, während Typ-I-Astrozyten durch die Expression von GFAP identifiziert werden und Oligodendrozyten spezifisch Galactocerebrosid (Ga!C) exprimieren.

FGF2 und EGF dienen als Mitogene für neurale Vorläuferzellen und unterstützen die Proliferation undifferenzierter Vorläuferzellen in Kultur unter Bildung von Neurosphären. Die Teilungsrate neuraler Stammzellen steigt unter dem Einfluss von FGF2 sowie bei Verwendung einer Kombination aus FGF2 + EGF signifikant an. Die proliferativen Wirkungen von FGF2 werden durch FGF2-R1-Rezeptoren vermittelt. Heparin erhöht die Affinität der FGF2-Rezeptorbindung und verstärkt dessen mitogene Wirkung auf Neuroepithelzellen dramatisch. In den frühen Stadien der Embryogenese werden FGF2-Rezeptoren im Telencephalon der Ratte exprimiert, während ihre Lokalisation in späteren Stadien auf die ventrikuläre Zone beschränkt ist. Der Höhepunkt der FGF2-R1-Expression durch postmitotische Zellen wird nach Abschluss der frühen Neurogeneseperiode beobachtet. Die initiale Phase der Telencephalonentwicklung ist durch eine geringe EGF-Rezeptorexpression gekennzeichnet, hauptsächlich in den Zellen der ventralen Region. In späteren Stadien der Embryogenese nimmt die EGF-R-Expression nach dorsal zu. Im Nagetierhirn hat EGF eine hohe Affinität zum Transforming Growth Factor Beta-Rezeptor (TGF-beta-R), an den es bevorzugt bindet. Indirekte Hinweise auf die funktionelle Rolle von EGF-R liefern Daten zur kortikalen Dysgenesie des Vorderhirns in der späten Embryogenese und postnatalen Ontogenese, verminderter Vorderhirnfunktion, kortikalem Zelltod und hippocampaler Ektopie bei EGF-Rezeptor-Gen-Knockout-Mäusen. Zudem ist die Anwesenheit von TGF-α im Nährmedium für die Bildung von Neurosphären zwingend erforderlich. Nach Entfernung der Wachstumsfaktoren aus dem konditionierten Medium stellen die Zellen ihre Teilung ein und durchlaufen eine spontane Differenzierung unter Bildung von Neuronen, Astrozyten und Oligodendroblasten.

Unter Berücksichtigung dessen werden die Reaggregation dissoziierter Stammzellen und die Kultivierung von Neurosphären in Nährmedien durchgeführt, die EGF und basisches FGF oder FGF2 enthalten, jedoch ohne Zugabe von Serum. Es wurde gezeigt, dass EGF die Proliferation von Stammzellen der subependymalen Zone der Seitenventrikel induziert und basisches FGF die Proliferation von Stammzellen des Striatums, Hippocampus, Neokortex und Sehnervs des reifen Gehirns fördert. Die Kombination von EGF und basischem FGF ist unbedingt erforderlich für die aktive Proliferation von Stammzellen, die aus dem Ependym des dritten und vierten Ventrikels des Vorderhirns sowie aus dem Wirbelkanal des thorakalen und lumbalen Rückenmarks isoliert wurden.

Nach der Dissoziation wird die Suspension neuronaler Stammzellen in Kunststoffschalen oder Multiwell-Platten ohne Haftsubstrat kultiviert, um die Größe der neu gebildeten Neurosphären zu vergrößern. Dies dauert in der Regel etwa drei Wochen. Die Methode der multiplen Dispersion und Reproduktion von Neurosphären ermöglicht die Gewinnung einer ausreichenden Anzahl linearer Klone multipotenter Stammzellen für die intrazerebrale Transplantation. Dieses Prinzip bildet auch die Grundlage für den Aufbau einer Stammzellbank, die aus dem menschlichen embryonalen Gehirn isoliert wurde. Ihre langfristige (über mehrere Jahre) Klonierung ermöglicht die Gewinnung stabiler Linien neuronaler Stammzellen, aus denen sich im Zuge der induzierten Differenzierung katecholaminerge Neuronen bilden.

Wenn Neurosphären nicht dispergiert und auf Klebesubstraten in Medien ohne Wachstumsfaktoren gezüchtet werden, beginnen sich proliferierende Stammzellen spontan zu differenzieren und neuronale und gliale Vorläuferzellen zu bilden, die Marker aller Arten von Nervenzellen exprimieren: MAP2, Tau-1, NSE, NeuN, Beta-Tubulin III (Neuronen), GFAP (Astrozyten) und CalC, 04 (Oligodendrozyten). Anders als Maus- und Rattenzellen machen Neuronen in menschlichen neuronalen Stammzellkulturen über 40 % aller differenzierten Zellen aus (bei Nagetieren 1 bis 5 %), es werden jedoch wesentlich weniger Oligodendrozyten gebildet, was aus Sicht der Zelltherapie demyelinisierender Erkrankungen sehr wichtig ist. Das Problem wird durch die Zugabe von B104-Kulturmedium gelöst, das die Bildung myelinproduzierender Zellen stimuliert.

Bei der Kultivierung neuronaler Vorläuferzellen aus dem Gehirn menschlicher Embryonen in einem Medium, das EGF, basisches FGF und LIF enthält, erhöht sich die Anzahl neuronaler Vorläuferzellen um das Zehnmillionenfache. In vitro expandierte Zellen behalten nach der Transplantation in das Gehirn erwachsener Ratten die Fähigkeit zur Migration und Differenzierung in neuronale und gliale Elemente. In vivo ist die Anzahl der Teilungen multipotenter Vorläuferzellen jedoch begrenzt. Es wurde wiederholt festgestellt, dass die Hayflick-Grenze für eine „adulte“ neuronale Stammzelle (ca. 50 Mitosen) selbst im Experiment unerreichbar bleibt – Zellen in Form von Neurosphären behalten ihre Eigenschaften nur 7 Monate und erst nach 8 Passagen. Es wird vermutet, dass dies auf die Besonderheiten ihrer Dispersionsmethoden während der Passagierung (Trypsinierung oder mechanische Einwirkung) zurückzuführen ist, die die proliferative Aktivität der Zellen aufgrund der Unterbrechung interzellulärer Kontakte stark reduzieren. Tatsächlich erhöht sich die Lebensfähigkeit der Zellen während der Passagierung deutlich, wenn anstelle der Dispersion die Methode der Vierteilung der Neurosphären verwendet wird. Mit dieser Methode können menschliche neuronale Stammzellen 300 Tage lang kultiviert werden. Nach diesem Zeitraum verlieren die Zellen jedoch ihre mitotische Aktivität und degenerieren oder treten in die Phase der spontanen Differenzierung mit der Bildung von Neuronen und Astrozyten ein. Daher geht der Autor davon aus, dass 30 Mitosen die maximale Teilungszahl für kultivierte neuronale Stammzellen darstellen.

Bei der Kultivierung menschlicher neuronaler Stammzellen in vitro bilden sich überwiegend GABAerge Neuronen. Ohne besondere Bedingungen bilden sich aus neuronalen Vorläuferzellen nur in den ersten Passagen dopaminerge Neuronen (notwendig für die Zelltherapie der Parkinson-Krankheit); danach bestehen alle Neuronen in der Kultur ausschließlich aus GABAergen Zellen. Bei Nagetieren bewirken IL-1 und IL-11 sowie Fragmente von Nervenzellmembranen, LIF und GDNF, die Induktion dopaminerger Neuronen in vitro. Dieser methodische Ansatz hat sich beim Menschen jedoch als erfolglos erwiesen. Dennoch entstehen bei der intrazerebralen Transplantation GABAerger Neuronen in vivo unter dem Einfluss mikroökologischer Faktoren Nervenzellen mit unterschiedlichen Mediatorphänotypen.

Die Suche nach Kombinationen neurotropher Faktoren zeigte, dass FGF2 und IL-1 die Bildung dopaminerger Neuroblasten induzieren, die jedoch nicht in der Lage sind, dopaminerge Neuronen zu produzieren. Die Differenzierung hippocampaler Stammzellen in erregende glutamaterge und inhibitorische GABA-erge Neuronen erfolgt unter dem Einfluss von Neurotrophinen, und EGF und IGF1 induzieren die Bildung glutamaterger und GABA-erger Neuronen aus neuralen Vorläuferzellen menschlicher Embryonen. Die sequenzielle Zugabe von Retinsäure und Neurotrophin 3 (NT3) zur Kultur erhöht die Differenzierung reifer hippocampaler Gehirnstammzellen in Neuronen verschiedener Mediatornatur signifikant, während eine Kombination aus vom Gehirn stammendem neurotrophen Faktor (BNDF), NT3 und GDNF Pyramidenneuronen in hippocampalen und neokortikalen Kulturen produzieren kann.

So deuten die Ergebnisse zahlreicher Studien darauf hin, dass Stammzellen aus verschiedenen Hirnstrukturen unter dem Einfluss lokaler, spezifischer Gewebefaktoren in vivo in der Lage sind, sich in neuronale Phänotypen zu differenzieren, die diesen Strukturen innewohnen. Zweitens ermöglicht die gezielte induzierte Differenzierung neuronaler Stammzellen in vitro durch Klonen von Vorläuferzellen die Gewinnung von Nerven- und Gliazellen mit spezifizierten phänotypischen Merkmalen für die intrazerebrale Transplantation bei verschiedenen Formen von Hirnerkrankungen.

Es besteht kein Zweifel, dass aus Embryonen oder dem adulten ZNS isolierte pluripotente Stammzellen als Quelle neuer Neuronen angesehen und in der Klinik zur Behandlung neurologischer Pathologien verwendet werden können. Das Haupthindernis für die Entwicklung einer praktikablen zellulären Neurotransplantation ist jedoch die Tatsache, dass sich die meisten neuronalen Stammzellen nach der Implantation in nicht-neurogenen Zonen des reifen ZNS nicht in Neuronen differenzieren. Um dieses Hindernis zu umgehen, wird eine sehr originelle innovative Methode vorgeschlagen, die es ermöglicht, in vitro eine reine Population von Neuronen aus menschlichen fetalen neuronalen Stammzellen nach Transplantation in das ZNS einer erwachsenen Ratte zu gewinnen. Die Autoren weisen nach, dass die Differenzierung der mit dieser Methode implantierten Zellen mit der Bildung von Neuronen des cholinergen Phänotyps endet, was auf den Einfluss von Faktoren der umgebenden Mikroumgebung zurückzuführen ist. Die vorgeschlagene Technologie ist im Hinblick auf die Entwicklung neuer stammzellbasierter Therapien und den Ersatz durch Verletzungen oder neurodegenerative Erkrankungen geschädigter Neuronen interessant, da cholinerge Neuronen eine führende Rolle bei der Entwicklung von Motorik, Gedächtnis und Lernfunktionen spielen. Insbesondere können aus menschlichen Stammzellen isolierte cholinerge Neuronen verwendet werden, um Motoneuronen zu ersetzen, die bei amyotropher Lateralsklerose oder Rückenmarksverletzungen verloren gegangen sind. Derzeit liegen keine Informationen über Methoden zur Erzeugung einer signifikanten Anzahl cholinerger Neuronen aus einer Population mitogenpräformierter Stammzellen vor. Die Autoren schlagen eine relativ einfache, aber effektive Methode vor, um mitogenpräformierte primäre humane embryonale neuronale Stammzellen zu stimulieren, damit sie sich nach Implantation in sowohl nicht-neurogene als auch neurogene Zonen des ZNS einer erwachsenen Ratte zu nahezu reinen Neuronen entwickeln. Das wichtigste Ergebnis ihrer Arbeit ist die Umwandlung einer ausreichend großen Anzahl transplantierter Zellen in cholinerge Neuronen nach Implantation in die mittlere Membran und das Rückenmark.

Außerdem wird für die Präformation neuronaler Stammzellen aus der acht Wochen alten embryonalen Großhirnrinde zu cholinergen Neuronen in vitro die Verwendung verschiedener Kombinationen der folgenden trophischen Faktoren und chemischen Elemente vorgeschlagen: rekombinantes basisches FGF, EGF, LIF, Maus-Aminoterminal-Sound-Peptid (Shh-N), Trans-Retinsäure, NGF, BDNF, NT3, NT4, natürliches Laminin und Maus-Heparin. Die ursprüngliche Linie menschlicher neuronaler Stammzellen (K048) wurde zwei Jahre in vitro aufrechterhalten und überstand 85 Passagen ohne Veränderungen der proliferativen und differenzierenden Eigenschaften unter Beibehaltung eines normalen diploiden Karyotyps. Undispergierte Neurosphären der Passagen 19–55 (Woche 38–52) wurden auf Poly-D-Lysin und Laminin plattiert und dann mit den oben genannten Faktoren in verschiedenen Konzentrationen, Kombinationen und Reihenfolgen behandelt. Die Kombination aus basischem FGF, Heparin und Laminin (abgekürzt FHL) zeigte einen einzigartigen Effekt. Nach eintägiger Kultivierung embryonaler neuraler Stammzellen in FHL-Medium mit oder ohne Shh-N (die Kombination aus Shh-N + FHL wird als SFHL bezeichnet) konnte eine schnelle Proliferation großer planarer Zellen beobachtet werden. Alle anderen eintägigen Protokolle (wie beispielsweise basisches FGF + Laminin) führten dagegen nur zu einer begrenzten radialen Ausbreitung spindelförmiger Zellen, die den Kern der Neurosphären nicht verließen. Nach sechs Tagen Aktivierung und anschließend zehn Tagen Differenzierung in B27-haltigem Medium wurden am Rand der FHL-aktivierten Sphären große multipolare neuronenähnliche Zellen nachgewiesen. In anderen Protokollgruppen blieben die meisten neuronenähnlichen Zellen klein und bipolar oder unipolar. Immunzytochemische Analysen zeigten, dass kleine (< 20 μm) bipolare oder unipolare Zellen entweder GABAerge oder glutamaterge Zellen waren, während die meisten großen multipolaren Zellen am Rande der FHL-aktivierten Neurosphären cholinerge Zellen waren und für cholinerge Neuronen charakteristische Marker (Islet-1 und ChAT) exprimierten. Einige dieser Neuronen exprimierten gleichzeitig Synapsin 1. In fünf unabhängigen Versuchsreihen stellten die Autoren fest, dass sich die Gesamtpopulation der Zellen in den einschichtigen Zonen zu 45,5 % in TuJ1+-Neuronen differenzierte, während cholinerge (ChAT^) Neuronen nur 27,8 % der Zellen derselben Population ausmachten. Nach 10 Tagen zusätzlicher Differenzierung in vitro wurde in den FHL-aktivierten Neurosphären neben cholinergen Neuronen eine signifikante Anzahl kleiner Neuronen gefunden – glutamaterge (6,3 %), GABA-erge (11,3 %) sowie Astrozyten (35,2 %) und Nestin-positive Zellen (18,9 %). Bei Verwendung anderer Kombinationen von Wachstumsfaktoren fehlten cholinerge Neuronen, und die Randzellen der Neurosphären bildeten entweder Astrozyten oder kleine glutamaterge und GABA-erge Neuronen. Die Überwachung der Reserve- und aktiven Potentiale mithilfe der Whole-Cell-Patch-Clamp-Technik zeigte, dass nach sieben Tagen FHL-Aktivierung die meisten großen polypolaren Zellen in Abwesenheit eines Aktionspotentials ein Ruhepotential von -29,0 ± 2,0 mV aufwiesen. Nach 2 Wochen war das Ruhepotential auf -63 gestiegen.6±3,0 mV, und Aktionspotentiale wurden im Moment der Induktion depolarisierender Ströme beobachtet und durch 1 M Tetrodotoxin blockiert, was auf die funktionelle Aktivität cholinerger unreifer Neuronen hinweist.

Die Autoren stellten weiterhin fest, dass die Aktivierung von FHL oder SFHL in vitro per se nicht zur Bildung reifer Neuronen führt, und versuchten herauszufinden, ob FHL- oder SFHL-präformierte Stammzellen in der Lage sind, sich in cholinerge Neuronen zu differenzieren, wenn sie in das ZNS reifer Ratten transplantiert werden. Zu diesem Zweck wurden aktivierte Zellen in die neurogene Zone (Hippocampus) und in mehrere nicht-neurogene Zonen, darunter den präfrontalen Kortex, die mittlere Membran und das Rückenmark erwachsener Ratten, injiziert. Die implantierten Zellen wurden mit dem Vektor CAO-^^p verfolgt. OCP markiert nachweislich sowohl die zelluläre Ultrastruktur als auch zelluläre Prozesse (auf molekularer Ebene) ohne Leckage und kann direkt visualisiert werden. Zudem weisen OCP-markierte neuronale Stammzellen ein Profil der neuronalen und glialen Differenzierung auf, das mit dem nicht-transformierter Stammzellen des embryonalen Gehirns identisch ist.

Ein bis zwei Wochen nach der Implantation von 5 x 104 ^aktivierten und markierten neuronalen Stammzellen wurden diese im Rückenmark oder Gehirn von Ratten gefunden, wobei sich OCD+-Zellen hauptsächlich in der Nähe der Injektionsstelle befanden. Migrations- und Integrationsprozesse wurden bereits einen Monat nach der Transplantation beobachtet. Die Migrationsgrenzen variierten je nach Injektionsstelle: Bei Injektion in den präfrontalen Kortex befanden sich OCD+-Zellen 0,4–2 mm von der Injektionsstelle entfernt, während die Zellen bei Implantation in die mittlere Membran, den Hippocampus oder das Rückenmark viel weitere Strecken migrierten – bis zu 1–2 cm. Die transplantierten Zellen wurden in hoch organisierten ZNS-Strukturen lokalisiert, darunter Frontalkortex, mittlere Membran, Hippocampus und Rückenmark. OCD-markierte neuronale Elemente waren bereits in der ersten Woche nach der Transplantation sichtbar, wobei ihre Zahl einen Monat nach der Operation signifikant zunahm. Stereologische Analysen zeigten eine höhere Überlebensrate der implantierten Zellen in verschiedenen Strukturen des Gehirns im Vergleich zum Rückenmark.

Es ist bekannt, dass in den meisten Geweben des erwachsenen Säugetierorganismus eine Population regionaler Stammzellen erhalten bleibt, deren Umwandlung in reife Zellen durch spezifische Gewebefaktoren reguliert wird. Die Proliferation von Stammzellen, die Differenzierung von Vorläuferzellen und die Bildung neuronaler Phänotypen, die für eine bestimmte Gehirnstruktur in vivo spezifisch sind, werden im embryonalen Gehirn in viel stärkerem Maße exprimiert, was durch das Vorhandensein hoher Konzentrationen morphogenetischer Faktoren der lokalen Mikroumgebung – Neurotrophine BDNF, NGF, NT3, NT4/5 und Wachstumsfaktoren FGF2, TGF-a, IGF1, GNDF, PDGF – bestimmt wird.

Wo befinden sich neurale Stammzellen?

Es wurde festgestellt, dass neurale Stammzellen das saure Glia-Fibrillenprotein exprimieren, das unter reifen Zellen der neuralen Linie nur auf Astrozyten erhalten bleibt. Daher könnten Astrozytenzellen die Stammreserve im reifen ZNS darstellen. Tatsächlich wurden Neuronen, die aus GFAP-positiven Vorläuferzellen stammen, in den Riechkolben und im Gyrus dentatus identifiziert, was traditionellen Vorstellungen über die Vorläuferrolle der radialen Glia widerspricht, die im Erwachsenenalter im Gyrus dentatus kein GFAP exprimiert. Es ist möglich, dass es im ZNS zwei Populationen von Stammzellen gibt.

Auch die Frage der Lokalisation von Stammzellen in der subventrikulären Zone bleibt unklar. Nach Ansicht einiger Autoren bilden Ependymzellen in Kultur sphärische Klone, die keine echten Neurosphären sind (wie Klone subependymaler Zellen), da sie sich nur in Astrozyten differenzieren können. Andererseits lässt sich der Marker nach fluoreszierender oder viraler Markierung von Ependymzellen in den Zellen der subependymalen Schicht und der Riechkolben nachweisen. Solche markierten Zellen bilden in vitro Neurosphären und differenzieren in Neuronen, Astrozyten und Oligodendrozyten. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass etwa 5 % der Zellen im Ependym Stammmarker – Nestin, Notch-1 und Mussashi-1 – exprimieren. Es wird angenommen, dass der Mechanismus der asymmetrischen Mitose mit der ungleichmäßigen Verteilung des Membranrezeptors Notch-1 zusammenhängt, wodurch dieser auf der Membran der in der Ependymzone lokalisierten Tochterzelle verbleibt, während der in die subependymale Schicht wandernden Mutterzelle dieser Rezeptor fehlt. Aus dieser Sicht kann die subependymale Zone als ein Sammler von Vorläufern von Neuronen und Glia betrachtet werden, die aus Stammzellen der Ependymschicht gebildet werden. Anderen Autoren zufolge werden in den kaudalen Teilen der subventrikulären Zone nur Gliazellen gebildet, und die Quelle der Neurogenese sind die Zellen des rostrolateralen Teils. In der dritten Variante erhalten die vorderen und hinteren Teile der subventrikulären Zone der Seitenventrikel ein gleichwertiges neurogenes Potenzial.

Die vierte Variante der Organisation der Stammreserve im Zentralnervensystem erscheint vorzuziehen, wonach in der subventrikulären Zone drei Haupttypen neuraler Vorläuferzellen unterschieden werden – A, B und C. A-Zellen exprimieren frühe neuronale Marker (PSA-NCAM, TuJl) und sind von B-Zellen umgeben, die durch die Expression von Antigenen als Astrozyten identifiziert werden. C-Zellen, die keine antigenen Eigenschaften von Neuronen oder Glia besitzen, weisen eine hohe proliferative Aktivität auf. Der Autor hat überzeugend bewiesen, dass B-Zellen Vorläufer von A-Zellen und de novo Neuronen der Riechkolben sind. Während der Migration sind A-Zellen von Strängen neuraler Vorläuferzellen umgeben, was sich deutlich vom Migrationsmechanismus postmitotischer Neuroblasten entlang der radialen Glia im embryonalen Gehirn unterscheidet. Die Migration endet in den Riechkolben mit der mitotischen Teilung sowohl der A- als auch der B-Zellen, deren Derivate in die Körnerzellschichten und in die glomeruläre Schicht der Riechzone des Gehirns eingebaut werden.

Dem sich entwickelnden embryonalen Gehirn fehlen differenzierte Ependymzellen, und die Ventrikelwände enthalten proliferierende Stammzellen der ventrikulären Keim- und Subventrikelzonen, wohin primäre Neuro- und Glioblasten migrieren. Auf dieser Grundlage glauben einige Autoren, dass die Subependymalregion des reifen Gehirns reduziertes embryonales Keimnervengewebe enthält, das aus Astrozyten, Neuroblasten und nicht identifizierten Zellen besteht. Echte neuronale Stammzellen machen weniger als 1 % der Zellen in der Keimzone der lateralen Ventrikelwand aus. Teilweise aus diesem Grund und auch im Zusammenhang mit den Daten, dass Astrozyten der Subependymalzone Vorläufer neuronaler Stammzellen sind, ist die Möglichkeit einer Transdifferenzierung astrozytischer Gliaelemente mit dem Erwerb neuronaler phänotypischer Eigenschaften nicht ausgeschlossen.

Das Haupthindernis für eine endgültige Lösung des Problems der Lokalisierung neuraler Stammzellen in vivo ist das Fehlen spezifischer Marker für diese Zellen. Dennoch sind die Berichte aus praktischer Sicht sehr interessant, wonach neurale Stammzellen aus ZNS-Regionen isoliert wurden, die keine subependymalen Zonen enthalten – der dritte und vierte Ventrikel des Vorderhirns sowie der Wirbelkanal der Brust- und Lendenwirbelregion des Rückenmarks. Von besonderer Bedeutung ist die Tatsache, dass eine Rückenmarksverletzung die Proliferation ependymaler Stammzellen des Zentralkanals erhöht, wobei Vorläuferzellen entstehen, die wandern und sich in Astrozyten der gliomesodermalen Narbe differenzieren. Darüber hinaus wurden Vorläuferzellen von Astro- und Oligodendrozyten auch im unverletzten Rückenmark erwachsener Ratten gefunden.

Die Literaturdaten belegen somit überzeugend das Vorhandensein einer regionalen Stammreserve im ZNS adulter Säugetiere, einschließlich des Menschen, deren regenerativ-plastische Kapazität leider nur die Prozesse der physiologischen Regeneration mit der Bildung neuer neuronaler Netzwerke ermöglicht, aber nicht den Bedarf der reparativen Regeneration deckt. Dies stellt die Aufgabe dar, nach Möglichkeiten zu suchen, die Stammressourcen des ZNS durch exogene Mittel zu erhöhen, was ohne ein klares Verständnis der Mechanismen der ZNS-Bildung in der Embryonalperiode unlösbar ist.

Heute wissen wir, dass Neuralrohrstammzellen während der Embryonalentwicklung die Quelle von drei Zelltypen sind – Neuronen, Astrozyten und Oligodendrozyten, d. h. Neuronen und Neuroglia entstehen aus einer einzigen Vorläuferzelle. Die Differenzierung des Ektoderms in Cluster neuraler Vorläuferzellen beginnt unter dem Einfluss der Produkte der proneuralen Gene der bHLH-Familie und wird durch die Expression von Rezeptor-Transmembranprotein-Derivaten der Gene der Notch-Familie blockiert, die die Determination und frühe Differenzierung neuraler Vorläuferzellen einschränken. Die Liganden der Notch-Rezeptoren wiederum sind die Transmembran-Delta-Proteine benachbarter Zellen, aufgrund deren extrazellulärer Domäne direkte interzelluläre Kontakte mit induktiver Interaktion zwischen Stammzellen erfolgen.

Die weitere Umsetzung des embryonalen Neurogeneseprogramms ist nicht weniger komplex und sollte, so scheint es, artspezifisch sein. Ergebnisse von Neuroxenotransplantationsstudien deuten jedoch darauf hin, dass Stammzellen einen ausgeprägten evolutionären Konservatismus aufweisen, wodurch menschliche neuronale Stammzellen nach der Transplantation in das Rattenhirn wandern und sich entwickeln können.

Es ist bekannt, dass das ZNS von Säugetieren eine äußerst geringe Kapazität zur reparativen Regeneration besitzt. Diese ist dadurch gekennzeichnet, dass im reifen Gehirn keinerlei Anzeichen für die Entstehung neuer Zellelemente vorhanden sind, die die infolge einer Verletzung abgestorbenen Neuronen ersetzen könnten. Bei einer Neuroblastentransplantation wachsen diese jedoch nicht nur an, vermehren und differenzieren sich, sondern sind auch in der Lage, sich in Gehirnstrukturen zu integrieren und verlorene Neuronen funktionell zu ersetzen. Bei der Transplantation determinierter neuronaler Vorläuferzellen war der therapeutische Effekt deutlich schwächer. Solche Zellen haben nachweislich eine geringe Migrationsfähigkeit. Zudem reproduzieren neuronale Vorläuferzellen nicht die Architektur neuronaler Netzwerke und sind nicht funktionell in das Gehirn des Empfängers integriert. In diesem Zusammenhang werden Fragen der reparativ-plastischen Regeneration während der Transplantation nicht vorgeformter multipotenter neuronaler Stammzellen aktiv untersucht.

In der Studie von M. Aleksandrova et al. (2001) waren in der ersten Version der Experimente die Empfänger geschlechtsreife weibliche Ratten und die Spender 15 Tage alte Embryonen. Den Empfängern wurde ein Abschnitt des okzipitalen Kortex des Gehirns entfernt und mechanisch suspendiertes Gewebe des mutmaßlichen embryonalen Kortex, das multipotente Stammzellen der ventrikulären und subventrikulären Regionen enthielt, in die Höhle transplantiert. In der zweiten Version der Experimente wurden neurale Stammzellen eines 9 Wochen alten menschlichen Embryos in das Gehirn geschlechtsreifer Ratten transplantiert. Die Autoren isolierten Gewebestücke aus der periventrikulären Region des embryonalen Gehirns, gaben sie in ein F-12-Nährmedium, erhielten durch wiederholtes Pipettieren eine Zellsuspension und kultivierten sie dann in einem speziellen NPBM-Medium mit Zusatz von Wachstumsfaktoren - FGF, EGF und NGF. Die Zellen wurden in einer Suspensionskultur gezüchtet, bis sich Neurosphären bildeten, die dispergiert und erneut in die Kultur eingepflanzt wurden. Nach 4 Passagen mit einer Gesamtkultivierungsdauer von 12–16 Tagen wurden die Zellen für die Transplantation verwendet. Die Empfänger waren zehn Tage alte Rattenjunge und geschlechtsreife zwei Monate alte Wistar-Ratten, denen 4 μl der Suspension menschlicher neuronaler Stammzellen ohne Immunsuppression in den Seitenventrikel des Gehirns injiziert wurden. Die Ergebnisse der Arbeit zeigten, dass dissoziierte Zellen der ventrikulären und subventrikulären Zone der embryonalen Anlage der Großhirnrinde der Ratte ihre Entwicklung während der Allotransplantation in das reife Gehirn fortsetzten, d. h. die Faktoren der Mikroumgebung des differenzierten Empfängergehirns blockierten Wachstum und Differenzierung der neuronalen Stammzellen des Embryos nicht. In den frühen Stadien nach der Transplantation setzten multipotente Zellen ihre mitotische Teilung fort und migrierten aktiv aus dem Transplantationsbereich in das Hirngewebe des Empfängers. Transplantierte embryonale Zellen mit großem Migrationspotenzial wurden in nahezu allen Schichten der Großhirnrinde des Empfängers entlang der Transplantationsstrecke und in der weißen Substanz gefunden. Die Länge des Migrationstrakts der Nervenzellen war stets deutlich kürzer (bis zu 680 μm) als die der Gliazellen (bis zu 3 mm). Blutgefäße und Faserstrukturen des Gehirns dienten als strukturelle Vektoren für die Astrozytenmigration, was auch in anderen Studien beobachtet wurde.

Bisher ging man davon aus, dass die Ansammlung markierter Astrozyten im Bereich der Schädigung der Großhirnrinde des Empfängers mit der Bildung einer Gliabarriere zwischen Transplantat- und Empfängergewebe verbunden sein könnte. Eine Untersuchung der Struktur kompakt angeordneter Zelltransplantate zeigte jedoch, dass deren Zytoarchitektur durch Chaos gekennzeichnet ist, ohne dass eine schichtweise Verteilung der transplantierten Zellen vorliegt. Der Ordnungsgrad der transplantierten Neuronen näherte sich dem normaler Großhirnrindenzellen nur dann an, wenn keine Gliabarriere zwischen Spender- und Empfängergewebe vorhanden war. Ansonsten war die Struktur der Transplantatzellen atypisch, und die Neuronen selbst neigten zur Hypertrophie. Mittels neuroimmunchemischer Typisierung transplantierter Zellen wurden in den Transplantaten inhibitorische GABA-erge Neuronen gefunden und die Expression der Proteine PARV, CALB und NPY nachgewiesen. Folglich verfügt das reife Gehirn über Mikroumgebungsfaktoren, die die Proliferation, Migration und spezifische Differenzierung neuronaler multipotenter Zellen unterstützen.

In der Kultur menschlicher Stammzellen, die aus der periventrikulären Region des Gehirns von 9 Wochen alten Embryonen isoliert wurden, fanden M. Aleksandrova et al. (2001) in der vierten Passage eine große Zahl Nestin-positiver multipotenter Zellen, von denen einige bereits eine In-vitro-Differenzierung durchlaufen hatten und sich entsprechend dem neuronalen Typ entwickelten, was den Ergebnissen von Untersuchungen anderer Autoren entsprach. Nach der Transplantation in das Gehirn erwachsener Ratten teilten sich die kultivierten menschlichen Stammzellen mitotisch und migrierten in das Gewebe des xenogenen Empfängerhirns. In den Zelltransplantaten beobachteten die Autoren zwei Zellpopulationen – kleine und größere. Letztere wanderten sowohl im Parenchym als auch entlang der Faserstrukturen des Empfängerhirns über unbedeutende Distanzen – innerhalb von 300 μm. Die größte Ausdehnung des Migrationspfads (bis zu 3 mm) war charakteristisch für kleine Zellen, von denen einige sich in Astrozyten differenzierten, was mit monoklonalen Antikörpern gegen GFAP festgestellt wurde. Beide Zelltypen wurden in der Wand des Seitenventrikels gefunden, was darauf hindeutet, dass die transplantierten Zellen in den rostralen Migrationstrakt gelangten. Astrozyten-Derivate neuraler Stammzellen von Menschen und Ratten wanderten überwiegend durch die Blutkapillaren und Faserstrukturen des Empfängerhirns, was mit den Daten anderer Autoren übereinstimmt.

Die Analyse der Differenzierung menschlicher Stammzellen in vivo mit monoklonalen Antikörpern gegen GFAP, CALB und VIM zeigte die Bildung von Astrozyten und Neuronen. Im Gegensatz zu den Zellen in Rattentransplantaten waren viele menschliche Stammzellen Vimentin-positiv. Infolgedessen differenzierten sich einige der menschlichen multipotenten Zellen nicht. Dieselben Autoren zeigten später, dass ohne Immunsuppression transplantierte menschliche neuronale Stammzellen 20 Tage lang im Rattenhirn überleben, ohne Anzeichen einer Immunaggression durch die Gliazellen des reifen Gehirns.

Es wurde festgestellt, dass sogar neurale Stammzellen von Drosophila im Gehirn eines Taxons, das von Insekten so weit entfernt ist wie die Ratte, anwachsen und sich differenzieren. Die Richtigkeit des Experiments der Autoren steht außer Zweifel: Transgene Drosophila-Linien enthielten Gene für die menschlichen neurotrophen Faktoren NGF, GDNF und BDNF, die in den CaSper-Vektor unter dem Hitzeschock-Promoter von Drosophila eingefügt waren, sodass die Körpertemperatur von Säugetieren automatisch ihre Expression auslöste. Die Autoren identifizierten Drosophila-Zellen mittels histochemischer X-Gal-Färbung am Produkt des bakteriellen Galaktosidase-Gens. Außerdem stellte sich heraus, dass neurale Stammzellen von Drosophila spezifisch auf neurotrophe Faktoren reagieren, die von menschlichen Genen kodiert werden: Bei der Xenotransplantation von Zellen einer transgenen Drosophila-Linie mit dem gdnf-Gen stieg die Synthese von Tyrosinhydroxylase in ihren differenzierenden neuralen Stammzellen stark an, und Zellen mit dem ngf-Gen produzierten aktiv Acetylcholinesterase. Das Xenotransplantat induzierte ähnliche genabhängige Reaktionen im gemeinsam mit ihm transplantierten Allotransplantat aus embryonalem Nervengewebe.

Heißt dies, dass die spezifische Differenzierung neuraler Stammzellen durch speziesunspezifische neurotrophe Faktoren induziert wird? Den Ergebnissen der Autoren zufolge hatte das Xenotransplantat, das neurotrophe Faktoren produzierte, eine spezifische Wirkung auf das Schicksal der Allotransplantate, die sich in diesem Fall intensiver entwickelten und zwei- bis dreimal größer waren als Allotransplantate, die ohne Zugabe von Xenotransplantaten ins Gehirn eingeführt wurden. Folglich haben Xenotransplantatzellen, die Neurotrophin-Gene enthalten, insbesondere das Gen, das für den aus menschlichen Gliazellen stammenden neurotrophen Faktor (GDNF) kodiert, eine speziesunspezifische Wirkung auf die Allotransplantat-Entwicklung, die der Wirkung des entsprechenden Neurotrophins ähnelt. GDNF erhöht bekanntermaßen das Überleben dopaminerger Neuronen im Mittelhirn von Rattenembryos, steigert den Dopaminstoffwechsel dieser Zellen und induziert die Differenzierung Tyrosinhydroxylase-positiver Zellen, wodurch das Axonwachstum gesteigert und die Größe des neuronalen Zellkörpers vergrößert wird. Ähnliche Effekte werden auch in kultivierten dopaminergen Neuronen im Mittelhirn von Ratten beobachtet.

Nach einer Xenotransplantation in das Gehirn erwachsener Ratten wird eine aktive Migration menschlicher neuronaler Stammzellen beobachtet. Es ist bekannt, dass der Prozess der Migration und Differenzierung neuronaler Stammzellen durch eine Reihe spezieller Gene gesteuert wird. Das Signal zur Einleitung der Migration an die Vorläuferzelle zum Beginn der Differenzierung wird durch das Proteinprodukt des c-ret-Protoonkogens zusammen mit GDNF gegeben. Das nächste Signal kommt vom mash-1-Gen, das die Wahl des Zellentwicklungspfades steuert. Darüber hinaus hängt die spezifische Reaktion der sich differenzierenden Zellen auch vom a-Rezeptor des ziliaren neurotrophen Faktors ab. Angesichts der völlig unterschiedlichen genetischen Konstitution xenogener menschlicher neuronaler Stammzellen und der Gehirnzellen der Empfängerratten ist es daher notwendig, nicht nur die Spezies-Unspezifität neurotropher Faktoren zu berücksichtigen, sondern auch den höchsten evolutionären Konservatismus der Gene, die für die spezifische Differenzierung neuronaler Stammelemente verantwortlich sind.

Die Zukunft wird zeigen, ob die Xenotransplantation embryonalen Neuromaterials in der neurochirurgischen Praxis zur Behandlung neurodegenerativer pathologischer Prozesse, die durch eine Störung der Myelinsynthese durch Oligodendrozyten verursacht werden, möglich sein wird. Die derzeit am intensivsten behandelten Fragen der Neurotransplantation betreffen die Gewinnung allogener neuronaler Stammzellen aus dem embryonalen oder reifen Gehirn in Kultur mit ihrer anschließenden gezielten Differenzierung zu Neuroblasten oder spezialisierten Neuronen.

Neurale Stammzelltransplantation

Um die Proliferation und Differenzierung neuraler Stammzellen eines erwachsenen Organismus zu stimulieren, kann embryonales Nervengewebe transplantiert werden. Es ist möglich, dass die mit dem Allograft eingebrachten Stammzellen des embryonalen Nervengewebes selbst proliferieren und differenzieren. Es ist bekannt, dass nach einer Rückenmarksverletzung die Regeneration der Nervenbahnen durch die Verlängerung beschädigter Axone und die kollaterale Aussprossung von Axonen unbeschädigter Motoneuronenfortsätze erfolgt. Die Hauptfaktoren, die die Regeneration des Rückenmarks verhindern, sind die Bildung einer Bindegewebsnarbe im geschädigten Bereich, dystrophische und degenerative Veränderungen zentraler Neuronen, NGF-Mangel und das Vorhandensein von Myelinabbauprodukten im geschädigten Bereich. Es wurde nachgewiesen, dass die Transplantation verschiedener Zelltypen in das geschädigte Rückenmark – Fragmente des Ischiasnervs erwachsener Tiere, embryonaler okzipitaler Kortex, Hippocampus, Rückenmark, Schwann-Zellen, Astrozyten, Mikroglia, Makrophagen, Fibroblasten – die Regeneration geschädigter Axone durch Sprossung fördert und das Wachstum neu gebildeter Axone durch die Zone der Rückenmarksverletzung ermöglicht. Es wurde experimentell nachgewiesen, dass die Transplantation embryonalen Nervengewebes in den Bereich der Rückenmarksverletzung durch die Einwirkung neurotropher Faktoren das Wachstum geschädigter Axone beschleunigt, die Bildung von Gliannarben und die Entwicklung dystrophischer und degenerativer Prozesse in zentralen Neuronen verhindert, während die Zellen des transplantierten embryonalen Nervengewebes im Rückenmark überleben, sich in angrenzendes Gewebe integrieren und das Axonwachstum durch den Verletzungsbereich mit der Bildung dendritischer Synapsen an spinalen Neuronen fördern.

Dieser Bereich der regenerativen plastischen Medizin hat in der Ukraine dank der Arbeit des von VI Tsymbalyuk geleiteten wissenschaftlichen Teams die größte Entwicklung erfahren. Zunächst handelt es sich dabei um experimentelle Studien zur Wirksamkeit der Transplantation embryonalen Nervengewebes bei Rückenmarksverletzungen. Bei der Autotransplantation des peripheren Nervs beobachteten die Autoren die ausgeprägtesten destruktiven Veränderungen in der distalen Nahtzone, wo sie am 30. Tag nach der Operation mit reparativen Prozessen kombiniert wurden. Bei der Allotransplantation war der morphofunktionelle Zustand des implantierten Nervs am 30. Tag durch eine ausgeprägte Zerstörung mit Fettdegeneration und Amyloidose vor dem Hintergrund einer fokalen entzündlichen lymphatischen Zellinfiltration mit vorherrschender Atrophie der Schwann-Zellen gekennzeichnet. Die Transplantation von embryonalem Nervengewebe trug in größerem Maße zur Wiederherstellung der Leitfähigkeit des Rückenmarks bei, insbesondere bei Tieren, die in den ersten 24 Stunden nach der Verletzung operiert wurden: Vor dem Hintergrund einer Abnahme der Intensität entzündlicher und destruktiver Prozesse wurden Hypertrophie und Hyperplasie von proteinsynthetisierenden und energieproduzierenden ultrastrukturellen Elementen spinaler Neuronen, Hypertrophie und Hyperplasie von Oligodendrozyten beobachtet, die Amplitude des Muskelaktionspotentials wurde um 50 % und die Impulsleitungsgeschwindigkeit um 90 % wiederhergestellt. Bei der Beurteilung der Wirksamkeit der Transplantation von embryonalem Nervengewebe in Abhängigkeit von der Transplantationszone zeigte sich, dass die besten Ergebnisse beobachtet wurden, wenn das Transplantat direkt in die Zone der Rückenmarksverletzung eingeführt wurde. Bei vollständiger Durchtrennung des Rückenmarks war die Transplantation von embryonalem Nervengewebe wirkungslos. Dynamische Studien haben gezeigt, dass der optimale Zeitpunkt für die Durchführung einer Transplantation embryonaler Nervengewebe die ersten 24 Stunden nach einer Rückenmarksverletzung sind, während die Durchführung einer Operation während der Phase ausgeprägter sekundärer ischämisch-entzündlicher Veränderungen, die am 2. bis 9. Tag nach der Verletzung auftreten, als ungeeignet angesehen werden sollte.

Es ist bekannt, dass ein schweres Schädel-Hirn-Trauma in der Anfangs- und Zwischenphase der posttraumatischen Phase sowohl im geschädigten Hirngewebe als auch im gesamten Körper eine starke und anhaltende Aktivierung der Lipidperoxidation hervorruft und zudem den Energiestoffwechsel im verletzten Gehirn stört. Unter diesen Bedingungen trägt die Transplantation von embryonalem Nervengewebe in den Bereich der traumatischen Verletzung zur Stabilisierung der Lipidperoxidation bei, erhöht das Potenzial des antioxidativen Systems des Gehirns und des gesamten Körpers und verbessert dessen Radikalschutz am 35.-60. Tag der posttraumatischen Phase. Im gleichen Zeitraum nach der Transplantation von embryonalem Nervengewebe normalisieren sich der Energiestoffwechsel und die oxidative Phosphorylierungsprozesse im Gehirn. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass am ersten Tag nach einem experimentellen Schädel-Hirn-Trauma die Impedanz des Gewebes der verletzten Hemisphäre um 30-37 % und der kontralateralen um 20 % abnimmt, was auf die Entwicklung eines generalisierten Hirnödems hindeutet. Bei Tieren, denen embryonales Nervengewebe transplantiert wurde, trat die Ödeminvolution deutlich schneller ein – bereits am siebten Tag erreichte der durchschnittliche Impedanzwert des Gewebes der verletzten Hemisphäre 97,8 % des Kontrollwerts. Darüber hinaus wurde eine vollständige Wiederherstellung der Impedanzwerte am 30. Tag nur bei Tieren festgestellt, denen embryonales Nervengewebe transplantiert wurde.

Das Absterben bestimmter Gehirnneuronen nach einer schweren Schädel-Hirn-Verletzung ist eine der Hauptursachen für posttraumatische Komplikationen. Neuronen der integrierenden dopaminergen und noradrenergen Systeme des Mittelhirns und der Medulla oblongata reagieren besonders empfindlich auf Verletzungen. Ein verminderter Dopaminspiegel im Striopallidkomplex und in der Großhirnrinde erhöht das Risiko für motorische und psychische Störungen sowie epileptiforme Zustände deutlich, und eine verminderte Dopaminproduktion im Hypothalamus kann zahlreiche vegetative und somatische Störungen in der späten posttraumatischen Phase verursachen. Ergebnisse experimenteller Studien zu Schädel-Hirn-Verletzungen zeigen, dass die Transplantation embryonalen Nervengewebes dazu beiträgt, den Dopaminspiegel in der verletzten Großhirnhemisphäre, den Dopamin- und Noradrenalinspiegel im Hypothalamus wiederherzustellen und den Noradrenalin- und Dopaminspiegel im Mittelhirn und der Medulla oblongata zu erhöhen. Darüber hinaus normalisiert sich durch die Transplantation embryonalen Nervengewebes in die verletzte Gehirnhälfte von Versuchstieren das prozentuale Verhältnis der Phospholipide und der Gehalt an Fettsäuren steigt (C16:0, C17:0, C17:1, C18:0, C18:1 + C18:2, C20:3 + C20:4, C20:5).

Diese Daten bestätigen die Stimulation regenerativ-plastischer Prozesse durch transplantiertes embryonales Nervengewebe und weisen auf die reparativ-trophische Wirkung des Transplantats auf das Gehirn des Empfängers als Ganzes hin.

Die klinischen Erfahrungen der Mitarbeiter des AP Romodanov-Instituts für Neurochirurgie der Akademie der Medizinischen Wissenschaften der Ukraine mit der Transplantation von embryonalem Nervengewebe bei Zerebralparese, einer äußerst komplexen Pathologie mit schwerer motorischer Dysfunktion, verdienen besondere Aufmerksamkeit. Klinische Formen der Zerebralparese hängen vom Grad der Schädigung der integralen Strukturen ab, die für die Regulierung des Muskeltonus und die Ausbildung motorischer Stereotypen verantwortlich sind. Derzeit gibt es genügend Belege dafür, dass pathologische Veränderungen im striopallidal-thalamokortikalen motorischen Kontrollsystem eine wichtige Rolle bei Störungen der Motorik und des Muskeltonus spielen. Das striopallidale Bindeglied dieses Systems übt die Kontrollfunktion durch die nigrostriatale Dopaminproduktion aus. Der direkte Weg zur Umsetzung der thalamokortikalen Kontrolle beginnt in den Neuronen des Putamen, wird durch Gamma-Aminobuttersäure (GABA) und Substanz P vermittelt und direkt in die motorische Zone des inneren Segments des Globus pallidus und der Substantia nigra projiziert. Der indirekte Weg, dessen Wirkung unter Beteiligung von GABA und Enkephalin realisiert wird, geht von Neuronen des Putamens aus und beeinflusst die Kerne der Basalganglien über eine Reihe von Verbindungen, darunter das äußere Segment des Globus pallidus und den Nucleus subthalamicus. Störungen der Leitfähigkeit des direkten Weges verursachen Hypokinese, während eine Verringerung der Leitfähigkeit der Strukturen des indirekten Weges zu Hyperkinese mit entsprechenden Veränderungen des Muskeltonus führt. Die Integrität der GABAergen Leitungsbahnen auf verschiedenen Ebenen des motorischen Kontrollsystems und die Integration der dopaminergen Verbindungen auf der Ebene des Putamens sind für die Regulierung der thalamokortikalen Interaktionen essentiell. Die häufigste Manifestation einer motorischen Pathologie bei verschiedenen Formen der Zerebralparese ist eine Verletzung des Muskeltonus und eine eng damit verbundene Veränderung der reflektorischen Muskelaktivität.

Die Transplantation von embryonalem Nervengewebe bei Zerebralparese erfordert eine gründliche Analyse der Art der Schädigung der Gehirnstrukturen. Basierend auf der Bestimmung der Dopamin- und GABA-Spiegel in der subarachnoidalen Zerebrospinalflüssigkeit detailliert die Autoren den Grad der Störung der Integration funktioneller Gehirnstrukturen, was es ermöglichte, die Ergebnisse chirurgischer Eingriffe zu objektivieren und wiederholte Neurotransplantationen zu korrigieren. Embryonales Nervengewebe (Abortmaterial eines 9-wöchigen Embryos) wurde je nach Schwere der atrophischen Veränderungen in das Parenchym der Kortikalis der präzentralen Windungen der Großhirnhemisphären transplantiert. In der postoperativen Phase wurden keine Komplikationen oder Verschlechterungen des Zustands der Patienten beobachtet. Eine positive Dynamik wurde bei 63 % der Patienten mit spastischen Formen, bei 82 % der Kinder mit einer atonisch-ästhetischen Form und nur bei 24 % der Patienten mit einer gemischten Form der Erkrankung festgestellt. Es wurde ein negativer Effekt einer hohen Neurosensibilisierung in Verbindung mit dem Vorhandensein von Autoantikörpern gegen neurospezifische Proteine auf die Operationsergebnisse festgestellt. Die Transplantation embryonalen Nervengewebes erwies sich bei Patienten im Alter von 8–10 Jahren und älter sowie in Fällen von schwerem hyperkinetischem Syndrom und Epilepsie als wirkungslos. Klinisch zeigte sich die Wirksamkeit der Transplantation embryonalen Nervengewebes bei Patienten mit spastischen Formen der Zerebralparese in der Ausbildung neuer statomotorischer Fähigkeiten und willkürlicher Bewegungen mit Korrektur des pathologischen motorischen Stereotyps und einer Verringerung des Spastikgrads sowie der pathologischen Körperhaltungen und Einstellungen. Die Autoren glauben, dass der positive Effekt der Transplantation embryonalen Nervengewebes auf die normalisierende Wirkung auf die funktionelle Aktivität der supraspinalen Strukturen zurückzuführen ist, die an der Regulierung des Haltungstonus und der willkürlichen Bewegungen beteiligt sind. Gleichzeitig gehen die positiven klinischen Effekte der Transplantation embryonalen Nervengewebes mit einer Verringerung des Neurotransmittergehalts in der subarachnoidalen Zerebrospinalflüssigkeit einher, was auf die Wiederherstellung integraler Interaktionen der betroffenen Gehirnstrukturen hinweist.

Es gibt eine weitere schwere Form neurologischer Pathologie – das apallische Syndrom, dessen Behandlungsproblem leider noch lange nicht gelöst ist. Das apallische Syndrom ist eine polyätiologische subakute oder chronische Erkrankung, die als Folge schwerer organischer Läsionen des zentralen Nervensystems (hauptsächlich der Großhirnrinde) auftritt und durch die Entwicklung von Panapraxie und Panagnosie mit relativ erhaltener Funktion der segmentalen Stammabschnitte und Formationen des limbisch-retikulären Komplexes des Gehirns gekennzeichnet ist. Follow-up-Studien (von 1 bis 3 Jahren) haben gezeigt, dass das apallische Syndrom keine endgültige Diagnose einer anhaltenden Schädigung des Nervensystems bei Kindern ist, sondern sich entweder in eine organische Demenz oder einen chronischen vegetativen Zustand verwandelt. In der Abteilung für restaurative Neurochirurgie des AP Romodanov-Instituts für Neurochirurgie der Akademie der Medizinischen Wissenschaften der Ukraine wurden 21 Patienten mit den Folgen des apallischen Syndroms einer Transplantation von embryonalem Nervengewebe unterzogen. Unter Vollnarkose wurde mit einem Kronenbohrer ein Bohrloch über dem Bereich der ausgeprägtesten atrophischen Veränderungen gemacht, die in der Computertomographie oder Magnetresonanztomographie sichtbar wurden, und bei diffuser Atrophie der grauen oder weißen Substanz wurde das Transplantat in die präzentralen und zentralen Gyri des Gehirns eingeführt. Nach dem Öffnen der Dura mater wurden Gewebestücke aus dem sensorischen Motorkortex von 8–9 Wochen alten Embryonen mithilfe eines speziellen Geräts intrakortikal implantiert. Die Zahl der implantierten Gewebeproben variierte zwischen 4 und 10, was von der Größe des Bohrlochs und dem Ausmaß der lokalen Veränderungen der Hirnsubstanz abhing. Anders als bei anderen Pathologien versuchten die Autoren beim apallischen Syndrom, möglichst viel embryonales Gewebe in die am leichtesten zugänglichen Bereiche des Gehirns zu implantieren. Die Dura mater wurde vernäht und der Schädeldefekt plastisch operiert. Während der Operation zeigten alle Patienten signifikante Veränderungen sowohl der Hirnrinde (Atrophie, Fehlen von Windungen, Veränderung der Farbe und Pulsation der Hirnsubstanz) als auch der Hirnhäute (Verdickung der Dura mater, signifikante Verdickung der Arachnoidea mit eigenen Blutgefäßen, Verschmelzung der Membranen mit der darunterliegenden Hirnsubstanz). Diese Veränderungen waren bei Patienten mit entzündlichen Hirnläsionen in der Anamnese stärker ausgeprägt. Bei Patienten mit ZNS-Hypoxie überwogen diffuse atrophische Veränderungen der Hirnsubstanz, insbesondere der Hirnrinde, mit einer Vergrößerung des Subarachnoidalraums, ohne signifikante Veränderungen der Hirnhäute. Bei der Hälfte der Patienten kam es zu vermehrten Blutungen in Weichteilen, Knochen und Hirnsubstanz. Nach den Operationen, innerhalb von sechs Monaten bis drei Jahren, verbesserte sich der Zustand bei 16 Patienten, bei fünf Patienten blieb er unverändert. Sowohl im motorischen als auch im mentalen Bereich zeigte sich eine positive Entwicklung. Der Muskeltonus nahm bei zehn Patienten ab, bei elf Patienten nahm die motorische Aktivität zu (Abnahme der Paresen).Die Bewegungskoordination verbesserte sich), bei fünf Kindern nahm die manipulative Fähigkeit der oberen Extremitäten deutlich zu. Bei vier Patienten nahmen Häufigkeit und Schwere epileptischer Anfälle ab, und bei einem Kind traten während des gesamten Beobachtungszeitraums nach der Operation überhaupt keine Anfälle auf. Bei zwei Kindern nahm die Aggressivität ab, bei zwei Patienten mit schweren bulbären Störungen verbesserte sich der Schluckakt, zwei Kinder konnten bereits 2 Wochen nach der Operation selbstständig kauen. Es wurde eine Abnahme der Schwere psychischer Störungen festgestellt, neun Kinder wurden nach der Operation ruhiger, Schlaf und Aufmerksamkeit verbesserten sich bei sieben Patienten. Drei Patienten mit den Folgen des apallischen Syndroms begannen, ihre Eltern zu erkennen, einer – Anweisungen zu befolgen, zwei – Wörter auszusprechen, bei dreien nahm der Grad der Dysarthrie ab. Die Autoren stellen fest, dass eine spürbare Verbesserung des Zustands der Patienten 2 Monate nach der Operation einsetzt, nach 5-6 Monaten ein Maximum erreicht, sich dann die Verbesserungsrate verlangsamt und sich der Prozess bis zum Ende des Jahres bei 50 % der Patienten stabilisiert. Der positive Effekt der Neurotransplantation diente als Grundlage für eine erneute Operation bei sechs Patienten mit den Folgen eines apallischen Syndroms, jedoch an der anderen Gehirnhälfte. Technik und Methoden der zweiten Transplantation waren identisch mit denen der ersten Operation, der klinische Effekt der zweiten Operation war jedoch geringer, obwohl weder nach dem ersten noch nach dem zweiten chirurgischen Eingriff schwerwiegende Komplikationen auftraten. Den Autoren zufolge beruht der Mechanismus der therapeutischen Wirkung der Neurotransplantation auf der neurotrophen Wirkung des transplantierten embryonalen Nervengewebes. Dieses enthält eine Vielzahl von Wachstums-, Hormon- und anderen biologisch aktiven Substanzen, die die Reparatur geschädigter Neuronen und die plastische Reorganisation des Hirngewebes des Empfängers stimulieren. Möglich ist auch eine aktivierende Wirkung auf die Aktivität von Nervenzellen, die zuvor morphologisch erhalten waren, aber krankheitsbedingt ihre funktionelle Aktivität verloren haben. Der schnelle neurotrophe Effekt erklärt die Verbesserung der Bulbärfunktionen bei einigen Kindern bereits am Ende der ersten oder zweiten Woche nach der Operation. Es wird angenommen, dass sich darüber hinaus im dritten oder vierten Monat morphofunktionelle Verbindungen zwischen dem Transplantat und dem Wirtshirn bilden, wodurch das Neurotransplantat die Funktionen abgestorbener Gehirnzellen ersetzt und so die Grundlage für die Verbesserung der motorischen und mentalen Funktionen der Patienten bildet. Zwei Kinder konnten bereits zwei Wochen nach der Operation selbstständig kauen. Es wurde eine Abnahme der Schwere psychischer Störungen festgestellt, neun Kinder wurden nach der Operation ruhiger, Schlaf und Aufmerksamkeit verbesserten sich bei sieben Patienten. Drei Patienten mit den Folgen des apallischen Syndroms begannen, ihre Eltern zu erkennen, einer – Anweisungen zu befolgen, zwei – Wörter auszusprechen,bei drei Patienten verringerte sich der Grad der Dysarthrie. Die Autoren weisen darauf hin, dass sich der Zustand der Patienten 2 Monate nach der Operation spürbar bessert, nach 5–6 Monaten ein Maximum erreicht, sich dann die Besserung verlangsamt und sich der Prozess bis zum Jahresende bei 50 % der Patienten stabilisiert. Der positive Effekt der Neurotransplantation diente als Grundlage für eine erneute Operation bei sechs Patienten mit den Folgen eines apallischen Syndroms, jedoch an der anderen Gehirnhälfte. Technik und Methode der zweiten Transplantation waren identisch mit denen der ersten Operation, jedoch war der klinische Effekt der zweiten Operation geringer, obwohl weder nach dem ersten noch nach dem zweiten chirurgischen Eingriff schwere Komplikationen auftraten. Laut den Autoren ist der Mechanismus des therapeutischen Effekts der Neurotransplantation mit der neurotrophen Wirkung des transplantierten embryonalen Nervengewebes verbunden, das eine große Menge wachstumsfördernder, hormoneller und anderer biologisch aktiver Substanzen enthält, die die Reparatur geschädigter Neuronen und die plastische Reorganisation des Hirngewebes des Empfängers stimulieren. Auch eine aktivierende Wirkung auf die Aktivität von Nervenzellen, die zuvor morphologisch erhalten waren, aber durch die Erkrankung ihre funktionelle Aktivität verloren haben, ist möglich. Gerade der schnelle neurotrophe Effekt kann die Verbesserung der Bulbusfunktionen bei manchen Kindern bereits am Ende der ersten oder zweiten Woche nach der Operation erklären. Man geht davon aus, dass sich gleichzeitig bis zum dritten oder vierten Monat morphofunktionelle Verbindungen zwischen dem Transplantat und dem Wirtshirn bilden, durch die das Neurotransplantat die Funktionen abgestorbener Hirnzellen ersetzt, was die Grundlage für die Verbesserung sowohl der motorischen als auch der mentalen Funktionen der Patienten bildet. Zwei Kinder konnten bereits 2 Wochen nach der Operation selbstständig kauen. Es wurde eine Abnahme der Schwere der psychischen Störungen festgestellt, neun Kinder wurden nach der Operation ruhiger, Schlaf und Aufmerksamkeit verbesserten sich bei sieben Patienten. Drei Patienten mit den Folgen des apallischen Syndroms begannen, ihre Eltern zu erkennen, einer – Anweisungen zu befolgen, zwei – Wörter auszusprechen, bei dreien nahm der Grad der Dysarthrie ab. Die Autoren stellen fest, dass eine spürbare Verbesserung des Zustands der Patienten zwei Monate nach der Operation einsetzt und nach fünf bis sechs Monaten ein Maximum erreicht. Anschließend verlangsamt sich die Verbesserungsrate, und bis zum Jahresende stabilisiert sich der Prozess bei 50 % der Patienten. Der positive Effekt der Neurotransplantation diente als Grundlage für eine erneute Operation bei sechs Patienten mit den Folgen eines apallischen Syndroms, jedoch an der anderen Gehirnhälfte. Technik und Methode der zweiten Transplantation waren identisch mit denen der ersten Operation, jedoch war der klinische Effekt der zweiten Operation geringer, obwohl weder nach dem ersten noch nach dem zweiten chirurgischen Eingriff schwerwiegende Komplikationen auftraten. Laut den AutorenDer Mechanismus der therapeutischen Wirkung der Neurotransplantation hängt mit der neurotrophen Wirkung des transplantierten embryonalen Nervengewebes zusammen, das eine große Menge an Wachstums-, Hormon- und anderen biologisch aktiven Substanzen enthält, die die Reparatur geschädigter Neuronen und die plastische Reorganisation des Hirngewebes des Empfängers stimulieren. Möglich ist auch eine aktivierende Wirkung auf die Aktivität von Nervenzellen, die zuvor morphologisch erhalten waren, aber aufgrund der Erkrankung ihre funktionelle Aktivität verloren haben. Gerade der schnelle neurotrophe Effekt kann die Verbesserung der Bulbusfunktionen bei manchen Kindern bereits am Ende der ersten oder zweiten Woche nach der Operation erklären. Es wird angenommen, dass sich gleichzeitig bis zum dritten oder vierten Monat morphofunktionelle Verbindungen zwischen dem Transplantat und dem Empfängerhirn bilden, durch die das Neurotransplantat die Funktionen abgestorbener Hirnzellen ersetzt, was die Grundlage für die Verbesserung der motorischen und mentalen Funktionen der Patienten bildet. Obwohl weder nach dem ersten noch nach dem zweiten chirurgischen Eingriff schwerwiegende Komplikationen auftraten. Den Autoren zufolge beruht der Mechanismus der therapeutischen Wirkung der Neurotransplantation auf der neurotrophen Wirkung des transplantierten embryonalen Nervengewebes. Dieses enthält eine Vielzahl von Wachstums-, Hormon- und anderen biologisch aktiven Substanzen, die die Reparatur geschädigter Neuronen und die plastische Reorganisation des Empfängerhirngewebes stimulieren. Möglich ist auch eine aktivierende Wirkung auf die Aktivität von Nervenzellen, die zuvor morphologisch erhalten waren, aber krankheitsbedingt ihre funktionelle Aktivität verloren haben. Gerade der schnelle neurotrophe Effekt kann die Verbesserung der Bulbusfunktionen bei manchen Kindern bereits am Ende der ersten oder zweiten Woche nach der Operation erklären. Es wird angenommen, dass sich bis zum dritten oder vierten Monat morphofunktionelle Verbindungen zwischen dem Transplantat und dem Empfängerhirn bilden, wodurch das Neurotransplantat die Funktionen abgestorbener Gehirnzellen ersetzt und so die Grundlage für die Verbesserung der motorischen und mentalen Funktionen der Patienten bildet. Obwohl weder nach dem ersten noch nach dem zweiten chirurgischen Eingriff schwerwiegende Komplikationen auftraten, ist dies wahrscheinlich. Den Autoren zufolge beruht der Mechanismus der therapeutischen Wirkung der Neurotransplantation auf der neurotrophen Wirkung des transplantierten embryonalen Nervengewebes. Dieses enthält eine große Menge an Wachstums-, Hormon- und anderen biologisch aktiven Substanzen, die die Reparatur geschädigter Neuronen und die plastische Reorganisation des Hirngewebes des Empfängers stimulieren. Möglich ist auch eine aktivierende Wirkung auf die Aktivität von Nervenzellen, die zuvor morphologisch erhalten waren, aber krankheitsbedingt ihre funktionelle Aktivität verloren haben.Gerade der schnelle neurotrophe Effekt kann die Verbesserung der Bulbusfunktionen bei manchen Kindern bereits am Ende der ersten oder zweiten Woche nach der Operation erklären. Es wird angenommen, dass sich bis zum dritten oder vierten Monat morphofunktionelle Verbindungen zwischen dem Transplantat und dem Wirtshirn bilden, durch die das Neurotransplantat die Funktionen abgestorbener Gehirnzellen ersetzt und so die Grundlage für die Verbesserung der motorischen und mentalen Funktionen der Patienten bildet.

Die Wirkung einer Transplantation embryonalen Nervengewebes auf die Reorganisation interneuronaler Verbindungen wurde experimentell untersucht. Die Autoren untersuchten die Muster der Wiederherstellung intermodularer axonaler Verbindungen im Bereich mechanischer Schäden der Großhirnrinde bei weißen Ratten mit und ohne Transplantation embryonalen Nervengewebes mithilfe des fluoreszierenden lipophilen Markers DIL (1,1-Dioctadecyl-3,3,33'-tetramethylindocarbocyaninperchlorat) und konfokalem Laserscanning. Es zeigte sich, dass die Einbringung embryonaler Nervengewebes in den Schadensbereich das Wachstum von Axonen sicherstellt, die sich nach dem Durchgang durch das Transplantat mit dem angrenzenden Hirngewebe verbinden, während der Schadensbereich ohne Transplantation embryonalen Nervengewebes ein unüberwindbares Hindernis für wachsende Axone darstellt. In dieser Arbeit wurde eine Transplantation von embryonalem Neokortex (15.-17. Tag der Schwangerschaft) durchgeführt. Die von den Autoren erzielten Ergebnisse sind ein weiterer Beleg für den aktiven Einfluss der Transplantation embryonalen Nervengewebes auf die posttraumatische Reorganisation der interneuronalen Beziehungen benachbarter struktureller und funktioneller Module der Großhirnrinde. Die Transplantation embryonalen Nervengewebes ermöglicht eine teilweise Wiederherstellung der Verbindungen zwischen geschädigten Bereichen der Großhirnrinde, indem sie günstige Bedingungen für das Axonwachstum im Wirkungsbereich der neurotrophen Faktoren des Transplantats schafft. Die Existenz eines solchen Effekts wurde experimentell nachgewiesen und wird in der Literatur als Beleg für die hohe plastische Leistungsfähigkeit des geschädigten Gehirns geschlechtsreifer Tiere diskutiert. In dieser Hinsicht gilt die Zelltransplantation derzeit als optimale therapeutische Strategie zur Wiederherstellung der Funktion des geschädigten menschlichen ZNS.

Die von den Autoren erhaltenen Daten zur Effizienz der Verwendung von embryonalem Nervengewebe des Gehirns als exogenes Transplantationsmedium für das Axonwachstum bestätigen die Aussichten auf die gezielte Schaffung von Kommunikationsverbindungen zwischen intakten benachbarten Bereichen des Gehirns. Die Arbeit zur Untersuchung der Wirkung der Transplantation von Nervengewebe auf die Dynamik funktioneller Parameter des zentralen Nervensystems erscheint relevant. Ziel der Arbeit war es, die Wirkung der Transplantation des embryonalen Locus coeruleus (LC) auf die morphofunktionellen Indizes von LC-Neuronen und die Bewegungsaktivität der Empfänger zu untersuchen. Die Empfänger waren weibliche Wistar-Ratten, und als Spender dienten 18 Tage alte Embryonen von Ratten derselben Linie. Die Transplantation des embryonalen LC erfolgte in die Höhle des dritten Ventrikels des Gehirns. Histologisch konnte bei 75 % der Empfängertiere eine Ansiedlung des Transplantats festgestellt werden. Bei einer Transplantation grenzte das Transplantat an die Ventrikelwand, füllte 1/5–2/5 ihres Lumens und war lebensfähig. 1 und 6 Monate nach der Operation entsprach das transplantierte Nervengewebe seinen morphologischen Merkmalen zufolge Strukturen, die während der normalen ontogenetischen Entwicklung entstanden wären, d. h. LC-Strukturen. Die von den Autoren erhaltenen Daten weisen darauf hin, dass sich bei Tieren, denen die embryonale LC-Anlage transplantiert wurde, die dynamische Aktivität ändert und die Matrixaktivität des Chromatins der LC-Zellkerne zunimmt. Folglich intensiviert sich die Aktivität der Neuronen ihres eigenen LC, aber auch das transplantierte Transplantat ist funktionell aktiv. Es ist bekannt, dass die sogenannte Lokomotorregion des Mittelhirns praktisch mit der Lokalisierung des LC übereinstimmt. Die Autoren gehen davon aus, dass die Grundlage für die Veränderung der motorischen Aktivität der Empfängerratten die Aktivierung von LC-Zellen – sowohl ihrer eigenen als auch der Transplantate – mit der Freisetzung großer Mengen Noradrenalin, auch in den Rückenmarkssegmenten, ist. Daher wird angenommen, dass die Zunahme der motorischen Aktivität unter Bedingungen der LC-Transplantation in das intakte Gehirn von Tieren auf das Vorhandensein eines funktionell aktiven Transplantats zurückzuführen ist, das in das Gehirn des Empfängers integriert ist und zur Aktivierung der Bewegungsaktivität bei Ratten beiträgt.

Darüber hinaus wurde gezeigt, dass transplantierte Neuroepithelzellen der embryonalen Rudimente des Neokortex und des Rückenmarks überleben und sich innerhalb von 1–2 Monaten nach ihrer Transplantation in den geschädigten Ischiasnerv erwachsener Ratten in Neuroblasten, junge und reife Neuronen differenzieren. Bei der Untersuchung der Entwicklungsdynamik NADPH-positiver Neuronen der embryonalen Rudimente des Neokortex und des Rückenmarks von Ratten in heterotopen Allografts (15 Tage alter Rattenembryo) konnte auf Längsschnitten durch die Ischiasnerven der Empfängerratten eine Anwachsrate von 70 bis 80 % der Neurografts festgestellt werden, die von der Beobachtungsdauer abhing. Eine Woche nach der Operation begannen sich in den Transplantaten uni- und bipolare Neuroblasten mit abgerundeten hellen Kernen und einem oder zwei Nukleolen zu bilden, was mit der Bildung von Clustern einherging. Die Autoren konnten unter den Neuroblasten keine Zellen nachweisen, die NADPH-Diaphorase (NADPH-d) enthielten. Nach 7 Tagen waren nur noch zelluläre Elemente der Blutgefäße NADPH-positiv – kapillare Endothelzellen in der Dicke des Transplantats sowie Endothel- und glatte Muskelzellen der Ischiasnervgefäße des Empfängers. Da in vaskulären glatten Muskelzellen die Induktion der NO-Synthase (NOS) unter dem Einfluss von IL-1 erfolgt, bringen die Autoren das Auftreten von NADPH-positiven glatten Muskelzellen in den Blutgefäßen des Ischiasnervs mit dem Vorhandensein von IL-1 in Verbindung, das in geschädigten Nervenstämmen synthetisiert wird. Es ist bekannt, dass die Neurogenese unter Bedingungen der Transplantation embryonaler Hirnrudimente synchron mit der Entwicklung von Neuronen in situ erfolgt. Die Ergebnisse morphologischer Untersuchungen deuten darauf hin, dass die Differenzierung einiger neuronaler Elemente der Transplantate sieben Tage nach der Transplantation der Differenzierung von Zellen in ähnlichen Teilen des Gehirns neugeborener Ratten entspricht. Somit zeigen die transplantierten embryonalen Nervenzellen unter Bedingungen einer heterotopen Transplantation in den peripheren Nerv die Fähigkeit, NADPH-d zu synthetisieren. In diesem Fall werden bei Rückenmarkstransplantaten mehr NADPH-d-haltige Neuronen gefunden als bei Neokortex-Transplantaten, aber die Stickoxidsynthese beginnt in den transplantierten Neuronen später als während der Entwicklung in situ. Im ZNS von Wirbeltieren erscheinen NOS-positive Zellen bereits in der pränatalen Phase. Man nimmt an, dass NO die Bildung synaptischer Verbindungen im sich entwickelnden Gehirn fördert, und das Vorhandensein NOS-positiver afferenter Nervenfasern, die für die NO-Synthese in Kleinhirnneuroblasten sorgen, stimuliert die Migration und Differenzierung von Neuronen, wodurch eine normale Zytoarchitektur des Gehirns entsteht. Im Tectum wurde eine wichtige Rolle von NO bei der Synapsogenese festgestellt – nur diejenigen Neuronen, die synaptische Verbindungen mit Retinazellen hatten, erwiesen sich als NOS-positiv.

Es ist bekannt, dass Stickstoffmonoxid einer der Regulatoren der Gehirnaktivität ist, wo es unter dem Einfluss der NO-Synthase, die Diaphorase-Aktivität besitzt, aus Arginin gebildet wird. Im zentralen Nervensystem wird NO in Endothelzellen von Blutgefäßen, Mikroglia, Astrozyten und Neuronen verschiedener Hirnareale synthetisiert. Nach einem Schädel-Hirn-Trauma sowie während Hypoxie und Ischämie kommt es zu einem Anstieg der Anzahl von Neuronen, die NO enthalten, welches einen der Regulatoren des zerebralen Blutflusses darstellt. Angesichts der Fähigkeit von NO, Synapsogenese zu induzieren, ist die Untersuchung der Bildung NO-haltiger Zellen unter Neurotransplantationsbedingungen vor dem Hintergrund traumatischer Schäden am Nervengewebe des Empfängers von besonderem Interesse.

Nicht weniger wichtig ist die Untersuchung der Wirkung von Neurotransplantationen auf das konditionierte Reflexstereotyp des Verhaltens. In Experimenten zur Untersuchung der Wirkung intrazerebraler und entfernter (zwischen CII und CIII) Transplantationen von embryonalem Locus coeruleus-Gewebe (17.-19. Schwangerschaftstag) auf Gedächtnisprozesse und Katecholamingehalt bei Ratten mit Zerstörung des frontotemporalen Neokortex wurde gezeigt, dass eine elektrolytische Schädigung des frontotemporalen Kortex des Gehirns das Stereotyp der konditionierten reflexartigen emotionalen Vermeidungsreaktion (Gedächtnis) stört, die physiologische Aktivität schwächt, den Noradrenalingehalt im Bereich des koagulierten Neokortex verringert, jedoch seinen Spiegel im Hypothalamus erhöht, wo eine Abnahme der Adrenalinkonzentration beobachtet wird, obwohl seine Menge im Blut und in den Nebennieren zunimmt.

Als Ergebnis der intrazerebralen Transplantation von embryonalem Locus coeruleus-Gewebe wird bei 81,4 % der Tiere das Stereotyp der konditionierten Reflexreaktion auf emotionale Vermeidung, das durch elektrolytische Schäden an den frontotemporalen Regionen der Großhirnrinde gestört wurde, wiederhergestellt, der Adrenalingehalt in der Formatio reticularis des Mittelhirns, des Hypothalamus und des Neokortex normalisiert sich und sein Spiegel im Hippocampus steigt sogar an, was mit einer Abnahme der Adrenalinkonzentration im Blut einhergeht.

Die Ferntransplantation von embryonalem Locus coeruleus-Gewebe stellt nicht nur das gestörte Stereotyp der konditionierten reflektorischen emotionalen Vermeidungsreaktion bei Ratten mit elektrolytischen Schäden des frontotemporalen Kortex wieder her, sondern erhöht auch den Noradrenalin- und Adrenalinspiegel, vor allem im Hypothalamus, Blut, den Nebennieren und im Herzen. Als Ursache hierfür wird die Vaskularisierung des Transplantates, das Eindringen der Neurotransmitter in die Blutbahn, deren Passage durch die Blut-Hirn-Schranke und die Aktivierung der Wiederaufnahmemechanismen von Adrenalin und Noradrenalin nach den Aufnahmetypen 1, 2, 3 vermutet. Die Autoren sind der Ansicht, dass die langfristige Stabilisierung des Noradrenalinspiegels unter den Bedingungen der Transplantation und Funktion des Transplantates als Phänomen seiner progressiven Freisetzung in minimalen Dosen durch Neuronen des Locus coeruleus angesehen werden kann.

Positive klinische Effekte der Transplantation embryonalen Nervengewebes können auch auf dessen Fähigkeit zurückzuführen sein, die Prozesse der vaskulären Neoplasie zu beeinflussen, an deren Regulierung Wachstumsfaktoren und Zytokine direkt beteiligt sind. Die Vaskulogenese wird durch angiogene Wachstumsfaktoren – vaskulärer endothelialer Wachstumsfaktor (VEGF), FGF, PDGF und TGF – aktiviert, die während einer Ischämie synthetisiert werden, die als auslösendes Moment der Angiogenese fungiert. Es ist erwiesen, dass die Erschöpfung des vaskulären Wachstumspotenzials während des Alterungsprozesses des Körpers auftritt, was eine bedeutende Rolle in der Pathogenese von Krankheiten wie der koronaren Herzkrankheit und der obliterierenden Arteriosklerose der unteren Extremitäten spielt. Gewebeischämie entwickelt sich auch bei vielen anderen Krankheiten. Die Einführung angiogener Faktoren in ischämische Zonen (therapeutische Angiogenese) stimuliert das Wachstum von Blutgefäßen in ischämischen Geweben und verbessert die Mikrozirkulation durch die Entwicklung eines Kollateralkreislaufs, was wiederum die funktionelle Aktivität des betroffenen Organs erhöht.

VEGF und FGF gelten als die vielversprechendsten Substanzen für den klinischen Einsatz. Die Ergebnisse der ersten randomisierten Studien waren ermutigend, insbesondere bei richtiger Wahl der optimalen Dosierungen und Verabreichungsmethoden der angiogenen Faktoren. In diesem Zusammenhang wurde die angiogenen Aktivität eines Extrakts aus menschlichem embryonalem Hirngewebe experimentell untersucht. Für die Studie wurde abgetriebenes Material verwendet, das in der 20. Schwangerschaftswoche gewonnen und nach der Methode von I. Maciog et al. (1979) in der modifizierten Fassung des IC ANRF verarbeitet wurde. Dieses Medikament ist ein Analogon des „Endothelial Cell Growth Supplement“ („Sigma“) und stellt eine natürliche Mischung menschlicher angiogener Faktoren dar, zu der auch VEGF und FGF gehören. Die Experimente wurden an Ratten mit Ischämiemodellen der Hintergliedmaßen und des Myokardgewebes durchgeführt. Basierend auf der Untersuchung der alkalischen Phosphataseaktivität bei Versuchstieren, denen der Extrakt aus embryonalem Nervengewebe verabreicht wurde, wurde eine Zunahme der Kapillaren pro Flächeneinheit des Myokards festgestellt – sowohl im Längs- als auch im Querschnitt des Herzens. Die angiogene Aktivität des Präparats zeigte sich sowohl bei direkter Verabreichung in die ischämische Zone als auch bei systemischer (intramuskulärer) Verabreichung, was zu einer Verringerung der durchschnittlichen Fläche der Postinfarktnarbe führte.

Bei jeder Variante der Transplantation embryonalen Nervengewebes ist es äußerst wichtig, das Gestationsalter des transplantierten embryonalen Materials richtig auszuwählen. Eine vergleichende Analyse der Effizienz von Zellpräparaten aus dem embryonalen ventralen Mesencephalon von 8-, 14- und 16-17-tägigen Rattenembryonen drei Monate nach intrastriataler Neurotransplantation in erwachsene Ratten mit Parkinsonismus im automatisierten Test der Apomorphin-induzierten motorischen Asymmetrie ergab eine signifikant höhere Effizienz von ZNS-Zellpräparaten aus 8-tägigen Embryonen und die niedrigste Effizienz aus 16-17-tägigem embryonalem Nervengewebe. Die erhaltenen Daten korrelierten mit den Ergebnissen der histomorphologischen Analyse, insbesondere mit der Größe der Transplantate, der Schwere der Gliareaktion und der Anzahl der dopaminergen Neuronen in ihnen.

Unterschiede in der therapeutischen Wirkung embryonaler Nervengewebezellen können sowohl mit dem Grad der Unreife und Bindung der Zellen selbst als auch mit ihren unterschiedlichen Reaktionen auf Wachstumsfaktoren zusammenhängen, die im Bereich der induzierten Schädigung dopaminerger Neuronen freigesetzt werden. Insbesondere tritt die Wirkung von EGF und FGF2 auf die Entwicklung telencephaler neuronaler Stammzellen in vivo in verschiedenen Stadien der Embryogenese auf. Neuroepithelzellen von 8,5 Tage alten Mausembryonen proliferieren bei In-vitro-Kultivierung in serumfreiem Medium in Gegenwart von FGF2, nicht jedoch von EGF, auf das nur Populationen von Stammzellen reagieren, die aus dem Gehirn von Embryonen in späteren Entwicklungsstadien isoliert wurden. Gleichzeitig proliferieren neuronale Stammzellen als Reaktion auf jedes dieser Mitogene und steigern das Wachstum zusätzlich, wenn EGF und FGF2 zu einer Kultur mit geringer Zelldichte hinzugefügt werden. EGF-reaktive neurale Stammzellen aus den Keimzonen 14,5 Tage alter Mausembryonen gelten als lineare Nachkommen FGF-reaktiver neuraler Stammzellen, die erstmals nach 8,5 Tagen Schwangerschaft auftreten. Der mögliche Phänotyp neuraler Stamm- und Progenitorzellen hängt von den komplexen Auswirkungen ihrer Mikroumgebung ab. Die Immunphänotypisierung neuraler Zellen aus den periventrikulären und hippocampalen Zonen 8-12 und 17-20 Wochen alter menschlicher Embryonen mittels Durchflusszytofluorometrie ergab eine erhebliche Variabilität, die sowohl mit dem Gestationsalter als auch mit individuellen konstitutionellen Merkmalen des Spender-Biomaterials zusammenhängt. Wenn diese neuralen Progenitorzellen in einem selektiven serumfreien Medium mit EGF, FGF2 und NGF kultiviert werden, bilden sich Neurosphären mit einer Rate, die erheblich vom Gestationsalter abhängt. Zellen aus verschiedenen Teilen des Gehirns von 5–13 Wochen alten menschlichen Embryonen proliferieren 6 Wochen lang mit FGF2 in einer Monolayer-Kultur auf einem Lamininsubstrat in Gegenwart von Spuren von Wachstumsfaktoren. Dabei tritt ein hoher Prozentsatz an Nestin-positiven Zellen auf, vor dem Hintergrund der spontanen Bildung von Zellen mit Markern aller drei Linien neuronaler Differenzierung. Zellen, die aus dem Mesencephalon eines menschlichen Embryos nach einer Tragzeit von mehr als 13 Wochen isoliert wurden, proliferieren unter dem Einfluss von EGF und bilden ebenfalls Neurosphären. Durch die Kombination von EGF und FGF2 wurde ein synergistischer Effekt erzielt. Die stärkste Proliferation neuraler Stammzellen mit Bildung von Neurosphären wird bei der Kultivierung von Großhirnrindengewebe von 6–8 Wochen alten menschlichen Embryonen in Gegenwart von EGF2, IGF1 und 5 % Pferdeserum auf einem Substrat mit Fibronektin beobachtet.

Es ist zu beachten, dass die Fragen zum Gestationsalter und dem Abschnitt des embryonalen ZNS, dessen Gewebe für die Neurotransplantation bevorzugt verwendet wird, weiterhin offen sind. Die Antworten darauf sind in der Neurogenese des sich entwickelnden Gehirns zu suchen, die sich während der gesamten pränatalen Phase fortsetzt – zu einer Zeit, in der das Epithel des Neuralrohrs eine mehrschichtige Struktur bildet. Man geht davon aus, dass radiale Gliazellen die Quelle von Stammzellen und neuen Neuronen sind. Sie bestehen aus länglichen Zellen mit langen Fortsätzen, die radial zur Wand der Hirnbläschen ausgerichtet sind und die Innenfläche der Ventrikel sowie die äußere Piafläche der Hirnwand berühren. Bisher dienten radiale Gliazellen lediglich als Nervenbahnen, entlang derer Neuroblasten vom Ventralbereich in die oberflächlichen Bereiche wandern, und spielten zudem eine skelettale Rolle bei der Bildung der korrekten laminaren Struktur des Kortex. Heute ist bekannt, dass radiale Gliazellen im Laufe der Entwicklung in Astrozyten transdifferenzieren. Bei Säugetieren wird ein erheblicher Teil davon unmittelbar nach der Geburt reduziert, bei Tierarten jedoch, bei denen die radiale Glia bis zum Erwachsenenalter erhalten bleibt, findet die Neurogenese aktiv in der postnatalen Phase statt.

In Kultur bildeten radiale Gliazellen aus dem embryonalen Neokortex von Nagetieren Neuronen und Gliazellen, wobei Neuronen überwiegend im 14. bis 16. Gestationsalter der Embryonalentwicklung gebildet wurden (der Zeitraum maximaler Intensität der Neurogenese in der Großhirnrinde von Mäusen und Ratten). Am 18. Tag der Embryogenese verschob sich die Differenzierung in Richtung der Bildung von Astrozyten mit einer signifikanten Abnahme der Zahl neu gebildeter Neuronen. Durch In-situ-Markierung radialer Gliazellen mit GFP konnte eine asymmetrische Teilung markierter Zellen im Hohlraum der Hirnbläschen 15- bis 16-tägiger Rattenembryonen festgestellt werden, wobei Tochterzellen mit immunologischen und elektrophysiologischen Eigenschaften von Neuroblasten auftraten. Bemerkenswert ist, dass den Ergebnissen dynamischer Beobachtungen zufolge die entstehenden Neuroblasten die Mutterzelle radialer Gliazellen für die Migration zur Piaoberfläche verwenden.

Der endogene Marker der radialen Glia ist das Intermediärfilamentprotein Nestin. Mittels Fluoreszenzflusssortierung von Zellen, die mit einem GFP-assoziierten Retrovirus markiert und unter der Kontrolle von Nestin exprimiert wurden, konnte gezeigt werden, dass Stammzellen des Gyrus dentatus und des Hilus des menschlichen Hippocampus (das Material wurde bei Epilepsieoperationen gewonnen) Nestin exprimieren. Sie gehören daher zur radialen Glia, die beim Menschen wie bei anderen Säugetieren nur im Gyrus dentatus erhalten bleibt.

Gleichzeitig wird die Effizienz der Zelltransplantation nicht nur durch die hohe Lebensfähigkeit der Spenderzellen, ihr Differenzierungspotenzial und ihre Fähigkeit, defekte Zellen zu ersetzen, bestimmt, sondern vor allem durch ihre gerichtete Migration. Die vollständige funktionelle Integration transplantierter Zellen hängt von ihrer Migrationsfähigkeit ab – ohne die Zytoarchitektur des Empfängerhirns zu stören. Da die radiale Glia in der postnatalen Phase fast vollständig reduziert wird, musste untersucht werden, wie Spenderzellen von der Transplantationszone zum Ort der Hirnschädigung bei erwachsenen Empfängern gelangen können. Es gibt zwei Varianten der Zellmigration zum ZNS, die nicht von radialer Glia abhängen: das Phänomen der tangentialen Migration bzw. die Bewegung von Neuroblasten während der Entwicklung der Großhirnrinde senkrecht zum radialen Glianetzwerk sowie die Migration „in einer Reihe“ oder „entlang einer Kette“. Insbesondere die Migration neuraler Vorläuferzellen von der rostralen subventrikulären Zone zum Bulbus olfactorius erfolgt als Abfolge eng benachbarter Zellen, die von Gliazellen umgeben sind. Man geht davon aus, dass diese Zellen Partnerzellen als Migrationssubstrat nutzen und der Hauptregulator solcher interzellulären Interaktionen PSA-NCAM (polysialisiertes neuronales Zelladhäsionsmolekül) ist. Daher erfordert neuronale Migration nicht unbedingt die Beteiligung radialer Gliazellen oder bereits bestehender axonaler Verbindungen. Die extraradiale Form der Zellbewegung in Form einer „Kette“ entlang des rostralen Migrationstrakts bleibt lebenslang erhalten, was auf eine reale Möglichkeit der gezielten Übertragung transplantierter neuronaler Vorläuferzellen in das reife Nervensystem hindeutet.

Es gibt eine Hypothese über das Vorhandensein einer Stammzelllinie in der Ontogenese des Gehirns. Demnach ist die Stammzelle in den frühen Stadien der Gehirnentwicklung eine Neuroepithelzelle, die sich mit zunehmender Reifung in radiale Gliazellen transdifferenziert. Im Erwachsenenalter übernehmen Zellen mit Astrozyteneigenschaften die Rolle der Stammzellen. Trotz einiger kontroverser Punkte (Widersprüche bezüglich der Stammzellen des Hippocampus sowie tiefer Teile des Gehirns, die keinen geschichteten Kortex aufweisen und sich aus den Thalamustuberkeln entwickeln, in denen radiale Gliazellen fehlen) erscheint ein klares und einfaches Konzept einer konsistenten Veränderung des Phänotyps von Stammzellen während der Ontogenese sehr attraktiv.

Der Einfluss mikroökologischer Faktoren auf die Determination und anschließende Differenzierung neuronaler differenzierter Zellen wurde durch die Transplantation reifer Ratten-Rückenmarksstammzellen in verschiedene Regionen des reifen Nervensystems deutlich nachgewiesen. Bei der Transplantation von Stammzellen in den Gyrus dentatus oder in die Region der neuronalen Migration im Bulbus olfactorius wurde eine aktive Migration der transplantierten Zellen und die Bildung zahlreicher Neuronen beobachtet. Die Transplantation von Stammzellen in das Rückenmark und die Ammonshornregion führte zur Bildung von Astrozyten und Oligodendrozyten, während die Transplantation in den Gyrus dentatus nicht nur zur Bildung von Gliazellen, sondern auch von Neuronen führte.

Bei einer erwachsenen Ratte kann die Anzahl sich teilender Zellen im Gyrus dentatus mehrere Tausend pro Tag erreichen – weniger als 1 % der Gesamtzahl der Körnerzellen. Neuronen machen 50–90 % der Zellen aus, Astozyten und andere Gliazellen etwa 15 %. Die übrigen Zellen weisen keine antigenen Eigenschaften von Neuronen und Glia auf, enthalten jedoch Endothelzellantigene, was auf eine enge Beziehung zwischen Neurogenese und Angiogenese im Gyrus dentatus hindeutet. Befürworter der Möglichkeit der Differenzierung von Endothelzellen in neuronale Vorläuferzellen verweisen auf die Fähigkeit von Endothelzellen in vitro, BDNF zu synthetisieren.

Die Geschwindigkeit, mit der sich neuronale Schaltkreise bilden, ist beeindruckend: Während der Differenzierung wandern die Vorläuferzellen der Körnerzellen in den Gyrus dentatus und bilden Fortsätze, die in Richtung der SAZ-Zone des Ammonshorns wachsen und Synapsen mit pyramidenförmigen glutamatergen und interkalären inhibitorischen Neuronen bilden. Neu entstandene Körnerzellen werden innerhalb von 2 Wochen in bestehende neuronale Schaltkreise integriert, und die ersten Synapsen erscheinen bereits 4-6 Tage nach der Entstehung neuer Zellen. Durch häufige Verabreichung von BrdU oder 3H-Thymidin (eine der Methoden zur Identifizierung adulter Stammzellen) an ausgewachsene Tiere wurde im Ammonshorn eine große Zahl markierter Neuronen und Astrozyten gefunden, was auf die Möglichkeit der Bildung neuer Neuronen nicht nur im Gyrus dentatus, sondern auch in anderen Teilen des Hippocampus hindeutet. Das Interesse an den Prozessen der Teilung, Differenzierung und des Zelltods im Gyrus dentatus des Hippocampus des reifen Gehirns liegt auch darin begründet, dass die hier gebildeten Neuronen in einem der Schlüsselbereiche des Hippocampus lokalisiert sind, der für Lern- und Gedächtnisprozesse zuständig ist.

Somit gilt heute als gesichert, dass neurale Progenitorzellen aus den Zellen der subependymalen Zone des Seitenventrikels erwachsener Nagetiere stammen. Sie wandern entlang des rostralen Migrationstrakts, der von längs orientierten Astrogliazellen gebildet wird, zum Bulbus olfactorius, wo sie in die Körnerzellschicht eingebettet werden und sich zu Neuronen dieser Struktur differenzieren. Die Migration von Progenitor-Neuralzellen im rostralen Migrationstrakt erwachsener Affen wurde nachgewiesen, was auf die Möglichkeit der Bildung neuer Neuronen im Bulbus olfactorius von Primaten hindeutet. Neurale Stammzellen wurden aus dem Bulbus olfactorius eines erwachsenen Menschen isoliert und in Linien transferiert, deren geklonte Zellen sich zu Neuronen, Astrozyten und Oligodendrozyten differenzieren. Stammzellen wurden im Hippocampus des reifen Gehirns von Ratten, Mäusen, Affen und Menschen gefunden. Neuronale Stammzellen der subgranulären Zone der Fascia dentata bilden die Quelle von Progenitorzellen, die in die medialen und lateralen Schenkel des Hippocampus wandern und sich dort zu reifen Körnerzellen und Gliazellen differenzieren. Axone neu gebildeter Neuronen der Fascia dentata werden zum CA3-Feld zurückverfolgt, was auf die Beteiligung neu gebildeter Neuronen an der Implementierung hippocampaler Funktionen hindeutet. In den Assoziationsbereichen des Neokortex adulter Affen wurden neuronale Progenitorzellen gefunden, die aus der subventrikulären Zone migrierten. In Schicht VI des Neokortex des Maushirns werden 2–28 Wochen nach induzierter Schädigung und Absterben nativer Neuronen dieser Schicht durch die Migration zuvor ruhender Progenitorzellen der subventrikulären Zone neue Pyramidenneuronen nachgewiesen. Die postnatale Neurogenese im menschlichen Gehirn wird schließlich durch eine Verdoppelung der Anzahl kortikaler Neuronen belegt, die in den ersten sechs Jahren nach der Geburt anhält.

Von nicht geringer Bedeutung für die praktische Zelltransplantation ist die Regulierung der Reproduktions- und Differenzierungsprozesse neuraler Stamm- und Vorläuferzellen. Die wichtigsten Faktoren, die die Proliferation neuraler Vorläuferzellen unterdrücken, sind Glukokortikoide, die die Anzahl der Teilungen stark reduzieren, während die Entfernung der Nebennieren im Gegenteil die Anzahl der Mitosen signifikant erhöht (Gould, 1996). Es ist bemerkenswert, dass die Morphogenese des Gyrus dentatus bei Nagetieren in den ersten zwei Wochen der postnatalen Entwicklung am intensivsten ist, während der Zeit der fehlenden Stressreaktion vor dem Hintergrund eines starken Rückgangs der Produktion und Sekretion von Steroidhormonen der Nebennierenrinde. Kortikosteroide hemmen die Migration von Körnerzellen – neue Neuronen werden nicht in die Körnerschicht des Gyrus dentatus eingebettet, sondern verbleiben im Hilus. Es wird angenommen, dass gleichzeitig die Prozesse der Bildung synaptischer Verbindungen gestört werden. Der Schutz der Zellen vor einer solchen „Steroidaggression“ erfolgt durch eine minimale Expression von Mineralokortikoid- und Glukokortikoidrezeptoren auf proliferierenden Körnerzellen nicht nur während der Entwicklung des Gyrus dentatus, sondern auch bei erwachsenen Tieren. Von allen Neuronen des Gehirns sind es jedoch die Neuronen des Hippocampus, die durch den höchsten Gehalt an Glukokortikoidrezeptoren gekennzeichnet sind, welche die Stresswirkung auf den Hippocampus verursachen. Psychoemotionaler Stress und Stresssituationen hemmen die Neurogenese, und chronischer Stress verringert die Fähigkeit von Tieren, neue Fähigkeiten zu erwerben und zu lernen, erheblich. Ein ausgeprägterer negativer Effekt von chronischem Stress auf die Neurogenese ist durchaus verständlich, wenn wir den überwiegend ruhenden Zustand neuronaler Stammzellen berücksichtigen. Bei der Immobilisierung trächtiger Ratten (bei Nagetieren ein extrem starker Stressfaktor) wurde festgestellt, dass pränataler Stress auch eine Verringerung der Zellzahl im Gyrus dentatus verursacht und die Neurogenese signifikant hemmt. Es ist bekannt, dass Glukokortikoide an der Pathogenese depressiver Zustände beteiligt sind, deren morphologisches Äquivalent die Hemmung der Neurogenese, die pathologische Reorganisation von Neuronen und interneuronalen Verbindungen und das Absterben von Nervenzellen ist. Andererseits aktivieren antidepressiv wirksame Chemotherapeutika die Neubildung von Neuronen, was den Zusammenhang zwischen der Bildung neuer Neuronen im Hippocampus und der Entstehung einer Depression bestätigt. Östrogene haben eine signifikante Wirkung auf die Neurogenese, wobei diese Effekte der Wirkung von Glukokortikosteroiden entgegengesetzt sind und in der Unterstützung der Proliferation und Lebensfähigkeit neuraler Vorläuferzellen bestehen. Es ist zu beachten, dass Östrogene die Lernfähigkeit von Tieren signifikant steigern. Einige Autoren bringen zyklische Veränderungen der Zahl der Körnerzellen und deren Überzahl bei weiblichen Tieren mit dem Einfluss von Östrogenen in Verbindung.

Es ist bekannt, dass die Neurogenese durch EGF, FGF und BDNF gesteuert wird. Die Mechanismen der Wirkung externer Signale auf Stammzellen durch Mitogene und Wachstumsfaktoren sind jedoch noch nicht ausreichend untersucht. Es wurde festgestellt, dass PDGF in vitro die neuronale Differenzierungsrichtung von Vorläuferzellen aufrechterhält und der ziliäre neurotrophe Faktor (CNTF) wie Trijodthyronin die Bildung überwiegend glialer Elemente – Astrozyten und Oligodendrozyten – stimuliert. Hypophysenadenylatcyclase-aktivierendes Protein (PACAP) und vasoaktives intestinales Peptid (VIP) aktivieren die Proliferation neuronaler Vorläuferzellen, hemmen aber gleichzeitig die Differenzierungsprozesse von Tochterzellen. Opioide hemmen die Neurogenese signifikant, insbesondere bei Langzeitexposition. Allerdings wurden in Stammzellen und neuralen Vorläuferzellen des Gyrus dentatus keine Opioidrezeptoren identifiziert (sie sind in differenzierenden Neuronen der Embryonalperiode vorhanden), sodass wir die direkten Auswirkungen von Opioiden nicht beurteilen können.

Die Anforderungen der praktischen regenerativen und plastischen Medizin haben Forscher gezwungen, der Erforschung der Pluri- und Multipotenz von Stammzellen besondere Aufmerksamkeit zu widmen. Die Umsetzung dieser Eigenschaften auf der Ebene regionaler Stammzellen eines erwachsenen Organismus könnte künftig die Produktion des benötigten Transplantationsmaterials sicherstellen. Wie bereits erwähnt, ermöglicht die epigenetische Stimulation neuraler Stammzellen die Gewinnung proliferierender Zellen, die bereits gemäß neuronalem Phänotyp vorgeformt sind, was ihre Anzahl begrenzt. Bei Nutzung der totipotenten Eigenschaften embryonaler Stammzellen erfolgt die Proliferation bis zum Erreichen einer ausreichenden Zellzahl früher als die neuronale Differenzierung, und die vermehrten Zellen wandeln sich leicht in einen neuronalen Phänotyp um. Zur Gewinnung neuraler Stammzellen werden embryonale Stammzellen aus der inneren Zellmasse der Blastozyste isoliert und in der obligatorischen Gegenwart von LIF kultiviert, wodurch ihre Totipotenz und die Fähigkeit zur unbegrenzten Teilung erhalten bleiben. Anschließend wird die neuronale Differenzierung der embryonalen Stammzellen mit Retinsäure induziert. Die Transplantation der entstandenen neuralen Stammzellen in das durch Chinolin und 6-Hydroxydopamin geschädigte Striatum geht mit ihrer Differenzierung in dopaminerge und serotonerge Neuronen einher. Nach der Injektion in die Ventrikel des Rattenembryos wandern die aus ES-Zellen gewonnenen neuralen Vorläuferzellen in verschiedene Regionen des Empfängerhirns, darunter Kortex, Striatum, Septum, Thalamus, Hypothalamus und Kleinhirn. Die im Ventrikelraum verbleibenden Zellen bilden neuralrohrähnliche Epithelstrukturen sowie einzelne Inseln nicht-neuralen Gewebes. Im Hirnparenchym des Empfängerembryos produzieren die transplantierten Zellen die drei Hauptzelltypen des Nervensystems. Einige von ihnen weisen verlängerte apikale Dendriten, pyramidenförmige Zellkörper und basale Axone auf, die in den Balken hineinragen. Astrozyten von Spenderzellen strecken ihre Fortsätze in nahegelegene Kapillaren aus, und Oligodendrozyten stehen in engem Kontakt mit Myelinmuffen und sind an der Myelinbildung beteiligt. Daher sind in vitro aus ES-Zellen gewonnene neurale Vorläuferzellen zu gerichteter Migration und regionaler Differenzierung fähig, die auf Signale aus der Mikroumgebung reagiert, und versorgen so viele Bereiche des sich entwickelnden Gehirns mit Neuronen und Gliazellen.

Einige Autoren ziehen die Möglichkeit einer De- und Transdifferenzierung regionaler Stammzellen eines erwachsenen Organismus in Erwägung. Eine indirekte Bestätigung der Zelldedifferenzierung in Kultur mit Erweiterung ihres Potenzials liefern Daten zur Transplantation neuronaler Stammzellen von Mäusen in das rote Knochenmark mit anschließender Entwicklung von Zelllinien aus diesen Zellen, die funktionell aktive Zellen des peripheren Bluts hervorbringen. Darüber hinaus führte die Transplantation genetisch markierter (LacZ) Neurosphärenzellen aus dem reifen oder embryonalen Gehirn in das Gehirn bestrahlter Mäuse mit unterdrückter Hämatopoese nicht nur zur Bildung neuronaler Derivate der Stammzellen, sondern bewirkte auch die Entstehung von Blutzellen, was auf eine außerhalb des Gehirns realisierte Pluripotenz neuronaler Stammzellen hindeutet. Somit ist eine neuronale Stammzelle in der Lage, sich unter dem Einfluss von Signalen aus der Mikroumgebung des Knochenmarks in Blutzellen zu differenzieren und sich zunächst in eine hämatopoetische Stammzelle umzuwandeln. Bei der Transplantation hämatopoetischer Stammzellen aus dem Knochenmark ins Gehirn hingegen konnte festgestellt werden, dass diese sich unter dem Einfluss des Mikromilieus des Hirngewebes in Glia- und Nervenzellen differenzieren. Folglich ist das Differenzierungspotenzial neuronaler und hämatopoetischer Stammzellen nicht durch die Gewebespezifität begrenzt. Mit anderen Worten: Faktoren des lokalen Mikromilieus, die sich von den für Gehirn- und Knochenmarkgewebe charakteristischen unterscheiden, können die Differenzierungsrichtung dieser Zellen ändern. Es konnte gezeigt werden, dass in das Venensystem bestrahlter Mäuse eingeführte neuronale Stammzellen Populationen myeloider, lymphatischer und unreifer hämatopoetischer Zellen in Milz und Knochenmark bilden. In vitro wurde der Einfluss morphogenetischer Proteine des Knochenmarks (BMPs) auf das Überleben und die Differenzierung neuronaler Stammzellen nachgewiesen, die wie in den frühen Stadien der Embryogenese ihre Entwicklung in neuronaler oder glialer Richtung bestimmen. In neuralen Stammzellkulturen aus 16 Tage alten Rattenembryos induzieren BMPs die Bildung von Neuronen und Astroglia, während in Stammzellkulturen aus perinatalem Gehirn ausschließlich Astrozyten gebildet werden. Darüber hinaus unterdrücken BMPs die Bildung von Oligodendrozyten, die in vitro nur durch Zugabe des BMP-Antagonisten Noggin entstehen.

Transdifferenzierungsprozesse sind speziesunspezifisch: Menschliche hämatopoetische Stammzellen aus Knochenmark, die in das Striatum erwachsener Ratten transplantiert werden, wandern in die weiße Substanz der äußeren Kapsel sowie des ipsi- und kontralateralen Neokortex, wo sie astrozytenähnliche Zellelemente bilden (Azizi et al., 1998). Bei der Allotransplantation von Knochenmarkstammzellen in den Seitenventrikel neugeborener Mäuse lässt sich die Migration hämatopoetischer Stammzellen in die Strukturen des Vorderhirns und Kleinhirns verfolgen. Im Striatum und in der Molekularschicht des Hippocampus wandeln sich die migrierten Zellen in Astrozyten um, und im Bulbus olfactorius, der inneren Körnerzellschicht des Kleinhirns und der Formatio reticularis des Hirnstamms bilden sie neuronenähnliche Zellen mit einer positiven Reaktion auf Neurofilamente. Nach intravenöser Verabreichung hämatopoetischer Zellen an erwachsene Mäuse wurden GFP-markierte Mikro- und Astrozyten im Neokortex, Thalamus, Hirnstamm und Kleinhirn nachgewiesen.

Darüber hinaus können mesenchymale Stammzellen des Knochenmarks, aus denen alle Arten von Bindegewebszellen hervorgehen, unter bestimmten Bedingungen auch eine neuronale Transdifferenzierung durchlaufen (denken Sie daran, dass die embryonale Quelle des Mesenchyms Neuralleistenzellen sind). Es wurde gezeigt, dass Stromazellen des Knochenmarks von Menschen und Mäusen, die in vitro in Gegenwart von EGF oder BDNF kultiviert wurden, den Marker für neuronale Vorläuferzellen Nestin exprimieren, und die Zugabe verschiedener Kombinationen von Wachstumsfaktoren führt zur Bildung von Zellen mit Markern für Glia (GFAP) und Neuronen (nukleäres Protein, NeuN). Markierte syngene mesenchymale Stammzellen, die in den Seitenventrikel des Gehirns neugeborener Mäuse transplantiert werden, wandern und lokalisieren sich im Vorderhirn und Kleinhirn, ohne die Zytoarchitektur des Empfängergehirns zu stören. Mesenchymale Stammzellen aus dem Knochenmark differenzieren sich im Striatum und in der Molekularschicht des Hippocampus zu reifen Astrozyten und besiedeln den Bulbus olfactorius, die Körnerschichten des Kleinhirns und die Formatio reticularis, wo sie sich in Neuronen umwandeln. Menschliche mesenchymale Stammzellen aus dem Knochenmark können sich in vitro zu Makroglia differenzieren und nach Transplantation in Rattenhirnstrukturen integrieren. Die direkte Transplantation mesenchymaler Stammzellen aus dem Knochenmark in den Hippocampus erwachsener Ratten geht ebenfalls mit ihrer Migration in das Hirnparenchym und der Differenzierung der Neuroglia einher.

Es wird angenommen, dass die Transplantation von Knochenmarkstammzellen die Möglichkeiten der Zelltherapie bei ZNS-Erkrankungen, die durch übermäßigen pathologischen Neuronentod gekennzeichnet sind, erweitern könnte. Es ist jedoch zu beachten, dass nicht alle Forscher die Tatsache der gegenseitigen Transformation neuronaler und hämatopoetischer Stammzellen, insbesondere in vivo, anerkennen. Dies liegt wiederum am Fehlen eines zuverlässigen Markers zur Beurteilung ihrer Transdifferenzierung und Weiterentwicklung.

Die Stammzelltransplantation eröffnet neue Perspektiven für die zelluläre Gentherapie erblicher neurologischer Erkrankungen. Die genetische Modifikation neuronaler Stammzellen beinhaltet die Einfügung genetischer Regulationskonstrukte, deren Produkte im automatischen Regulationsmodus mit Zellzyklusproteinen interagieren. Die Transduktion solcher Gene in embryonale Vorläuferzellen dient der Vermehrung neuronaler Stammzellen. Die meisten genetisch modifizierten Zellklone verhalten sich wie stabile Zelllinien und zeigen weder in vivo noch in vitro Anzeichen einer Transformation, besitzen jedoch eine ausgeprägte Fähigkeit zur kontaktbedingten Proliferationshemmung. Nach der Transplantation integrieren sich die vermehrten transfizierten Zellen in das Empfängergewebe, ohne die Zytoarchitektur zu zerstören und ohne eine Tumortransformation zu durchlaufen. Spender-Neuralstammzellen deformieren die Integrationszone nicht und konkurrieren gleichermaßen mit den Wirts-Vorläuferzellen um Raum. Am zweiten und dritten Tag nimmt die Teilungsintensität der transfizierten Zellen jedoch stark ab, was der kontaktbedingten Proliferationshemmung in vitro entspricht. Embryonen, die neurale Stammzellen transfiziert haben, weisen keine Anomalien in der Entwicklung des Zentralnervensystems auf; alle mit dem Transplantat in Kontakt stehenden Hirnareale entwickeln sich normal. Nach der Transplantation wandern Klone neuraler Stammzellen schnell aus der Injektionszone und überschreiten häufig die entsprechenden embryonalen Zonen entlang des rostralen Trakts, wobei sie sich adäquat in andere Hirnareale integrieren. Die Integration genetisch veränderter Klone und transfizierter Zelllinien neuraler Stammzellen in das Gehirn des Wirtsorganismus ist nicht nur für die Embryonalperiode charakteristisch: Diese Zellen werden in zahlreiche Bereiche des Zentralnervensystems des Fötus, Neugeborenen, Erwachsenen und sogar des alternden Empfängerorganismus implantiert und zeigen die Fähigkeit zur adäquaten Integration und Differenzierung. Insbesondere nach der Transplantation in die Ventrikelhöhle des Gehirns wandern transfizierte Zellen, ohne die Blut-Hirn-Schranke zu schädigen, und werden zu integralen funktionellen Zellbestandteilen des Hirngewebes. Spenderneuronen bilden entsprechende Synapsen und exprimieren spezifische Ionenkanäle. Unter Wahrung der Integrität der Blut-Hirn-Schranke dehnen Astroglia, ein Derivat transfizierter neuronaler Stammzellen, Fortsätze bis hin zu Hirngefäßen aus, und von Spendern stammende Oligodendrozyten exprimieren das basische Myelinprotein und myelinisieren neuronale Fortsätze.

Darüber hinaus werden neuronale Stammzellen zur Verwendung als zelluläre Vektoren transfiziert. Solche vektorgenetischen Konstrukte ermöglichen eine stabile In-vivo-Expression fremder Gene, die an der Entwicklung des Nervensystems beteiligt sind, oder werden zur Korrektur bestehender genetischer Defekte eingesetzt, da die Produkte dieser Gene verschiedene biochemische Anomalien des Zentralnervensystems kompensieren können. Die hohe Migrationsaktivität transfizierter Stammzellen und die adäquate Implantation in die Keimzonen verschiedener Bereiche des sich entwickelnden Gehirns lassen auf eine vollständige Wiederherstellung des erblichen Mangels an zellulären Enzymen hoffen. In der Modellierung des Ataxie-Teleangiektasie-Syndroms (mutierte Mauslinien pg und pcd) verschwinden Purkinje-Zellen in den ersten Wochen der postnatalen Entwicklung aus dem Kleinhirn von Versuchstieren. Es wurde gezeigt, dass die Einführung neuronaler Stammzellen in das Gehirn solcher Tiere mit ihrer Differenzierung in Purkinje-Zellen und granuläre Neuronen einhergeht. Bei pcd-Mutanten werden Bewegungskoordinationsstörungen teilweise korrigiert und die Tremorintensität reduziert. Ähnliche Ergebnisse wurden durch die Transplantation geklonter menschlicher neuronaler Stammzellen in Primaten erzielt, bei denen die Purkinje-Zelldegeneration mittels Onconase induziert wurde. Nach der Transplantation wurden die neuronalen Spenderstammzellen in den granulären, molekularen und Purkinje-Zellschichten des Kleinhirnparenchyms gefunden. Daher kann die genetische Modifikation neuronaler Vorläuferzellen eine stabile, gegen äußere Einflüsse resistente Modifikation des Phänotyps ermöglichen. Dies ist insbesondere bei pathologischen Prozessen wichtig, die mit der Entwicklung von Faktoren im Empfänger einhergehen, die das Überleben und die Differenzierung der Spenderzellen verhindern (z. B. bei Immunaggression).

Mukopolysaccharidose Typ VII beim Menschen ist durch Neurodegeneration und fortschreitende geistige Behinderung gekennzeichnet, die bei Mäusen durch eine Deletionsmutation im Beta-Glucuronidase-Gen modelliert wird. Nach der Transplantation transfizierter, Beta-Glucuronidase sezernierender neuraler Stammzellen in die Hirnventrikel neugeborener, defekter Empfängermäuse finden sich die Spenderzellen zunächst in der Terminalzone und breiten sich dann im gesamten Hirnparenchym aus, wodurch die Integrität der Lysosomen im Gehirn mutierter Mäuse stabil korrigiert wird. In einem Modell der Tay-Sachs-Krankheit ermöglichen retrovirustransduzierte neurale Stammzellen, die in utero an Mausföten verabreicht und in neugeborene Mäuse transplantiert werden, eine effiziente Expression der Beta-Untereinheit der Beta-Hexosaminidase bei Empfängern mit einer Mutation, die zu einer pathologischen Akkumulation von Beta2-Gangliosid führt.

Ein weiterer Schwerpunkt der regenerativen Medizin ist die Stimulierung des proliferativen und differenzierenden Potenzials patienteneigener neuronaler Stammzellen. Insbesondere sezernieren neuronale Stammzellen NT-3 während der Hemisektion des Rückenmarks und der Hirnasphyxie bei Ratten, exprimieren NGF und BDNF im Septum und den Basalganglien, Tyrosinhydroxylasen im Striatum sowie Reelin im Kleinhirn und Myelin-Basisprotein im Gehirn.

Der Frage der Stimulation der Neurogenese wird jedoch offensichtlich nicht genügend Aufmerksamkeit geschenkt. Einige Studien legen nahe, dass sich die funktionelle Belastung der Nervenzentren, die für die Geruchsunterscheidung zuständig sind, in der Bildung neuer Neuronen widerspiegelt. Bei transgenen Mäusen mit einem Mangel an neuronalen Adhäsionsmolekülen war eine Abnahme der Intensität der Neurogenese und eine Verringerung der Anzahl der zu den Riechkolben wandernden Neuronen mit einer Beeinträchtigung der Geruchsunterscheidung verbunden, obwohl die Geruchswahrnehmungsschwelle und das Kurzzeitgedächtnis nicht beeinträchtigt waren. Der Funktionszustand der Zellen des Gyrus dentatus spielt eine wichtige Rolle bei der Regulierung der Neurogenese: Eine Abschwächung der Wirkung von Glutamat auf Körnerzellen nach der Zerstörung des entorhinalen Kortex fördert die Proliferation und Differenzierung von Neuronen, und die Stimulation der Fasern der perforierenden Bahn (des wichtigsten afferenten Eingangs zum Hippocampus) bewirkt eine Hemmung der Neurogenese. NMDA-Rezeptorantagonisten aktivieren die Prozesse der Bildung neuer Neuronen, während Agonisten im Gegenteil die Intensität der Neurogenese reduzieren, was in der Tat der Wirkung von Glukokortikosteroiden ähnelt. In der Literatur finden sich widersprüchliche Forschungsergebnisse: Informationen über die experimentell nachgewiesene hemmende Wirkung des exzitatorischen Neurotransmitters Glutamat auf die Neurogenese stehen im Widerspruch zu Daten über die Stimulation der Proliferation von Vorläuferzellen und das Auftreten neuer Neuronen mit einer Zunahme der Anfallsaktivität im Hippocampus von Tieren mit experimentellen Cain- und Pilocarpin-Epilepsiemodellen. Gleichzeitig nimmt im traditionellen Epilepsiemodell, das durch mehrere unterschwellige Stimulation eines bestimmten Gehirnbereichs (Kindling) verursacht wird und durch einen weniger ausgeprägten Neuronentod gekennzeichnet ist, die Intensität der Neurogenese nur in der späten Phase des Kindlings zu, wenn Schäden und Tod von Neuronen im Hippocampus beobachtet werden. Es wurde gezeigt, dass bei Epilepsie die Anfallsaktivität die Neurogenese mit abnormer Lokalisation neuer Körnerneuronen stimuliert, von denen viele nicht nur im Gyrus dentatus, sondern auch im Hilus auftreten. Solche Neuronen sind von großer Bedeutung für die Entwicklung der Moosfasersprossung, da ihre Axone normalerweise fehlende umgekehrte Kollateralen bilden, die zahlreiche Synapsen mit benachbarten Körnerzellen bilden.

Die Verwendung regionaler neuronaler Stammzellen eröffnet neue Perspektiven für die Anwendung der Zelltransplantation bei metabolischen und genetisch bedingten neurodegenerativen Erkrankungen, demyelinisierenden Erkrankungen und posttraumatischen Störungen des Zentralnervensystems. Vor der Durchführung einer Ersatzzelltransplantation nach einer der Methoden erfolgt die Selektion und Expansion des benötigten Typs neuronaler Vorläuferzellen ex vivo mit dem Ziel, diese anschließend direkt in den geschädigten Hirnareal einzuführen. Der therapeutische Effekt beruht in diesem Fall auf dem Ersatz geschädigter Zellen oder der lokalen Freisetzung von Wachstumsfaktoren und Zytokinen. Diese Methode der regenerativ-plastischen Therapie erfordert die Transplantation einer ausreichend großen Anzahl von Zellen mit vorgegebenen funktionellen Eigenschaften.

Weitere Untersuchungen der molekularen Eigenschaften und des regenerativ-plastischen Potenzials reifer Hirnstammzellen sowie der Fähigkeit regionaler Stammzellen unterschiedlichen Gewebeursprungs zur Transdifferenzierung sollten ebenfalls als sinnvoll erachtet werden. Ein Screening auf Antigene hämatopoetischer Knochenmarkstammzellen wurde bereits durchgeführt und eine Markerkombination von Zellen identifiziert, die zur Transdifferenzierung in neurale Stammprogenitorzellen fähig sind (CD 133+, 5E12+, CD34-, CD45-, CD24). Es wurden Zellen gewonnen, die in vitro Neurosphären bilden und nach Transplantation in das Gehirn neugeborener immundefizienter Mäuse Neuronen bilden. Von Interesse für die zelluläre Xenotransplantation sind die Ergebnisse von Studien zur Möglichkeit der Kreuztransplantation von Stammzellen bei Individuen evolutionär entfernter Taxa. Die Ergebnisse der Implantation neuraler Stammzellen in den Hirntumorbereich bleiben unbegründet: Transplantierte Zellen wandern aktiv durch das Tumorvolumen, ohne dessen Grenzen zu überschreiten, und bei Einbringung in den intakten Teil des Gehirns ist ihre aktive Migration in Richtung Tumor zu beobachten. Die Frage nach der biologischen Bedeutung einer solchen Migration bleibt offen.

Es ist zu beachten, dass eine erfolgreiche Transplantation neuraler Stammzellen sowie anderer aus embryonalen Stammzellen gewonnener neuraler Vorläuferzellen nur mit hochgereinigten neuralen Vorläuferzellen möglich ist, da undifferenzierte embryonale Stammzellen bei der Transplantation auf einen erwachsenen immunkompetenten Empfänger unweigerlich in Teratome und Teratokarzinome transformieren. Selbst eine minimale Menge schlecht differenzierter Zellen in der Spenderzellsuspension erhöht die Tumorigenität des Transplantats deutlich und erhöht das Risiko einer Tumorentwicklung oder der Bildung nicht-neuralen Gewebes inakzeptabel. Die Gewinnung homogener Populationen neuraler Vorläuferzellen ist durch die Verwendung von Zellen möglich, die in bestimmten Stadien der normalen Embryogenese als alternative Spendergewebequelle entstehen. Ein anderer Ansatz beinhaltet die sorgfältige Eliminierung unerwünschter Zellpopulationen durch linienspezifische Selektion. Die Verwendung von embryonalen Stammzellen zur Neurotransplantation nach unzureichender In-vitro-Exposition gegenüber Wachstumsfaktoren ist ebenfalls gefährlich. In diesem Fall kann ein Versagen des neuralen Differenzierungsprogramms mit der Bildung neuralrohrspezifischer Strukturen nicht ausgeschlossen werden.

Heute ist es offensichtlich, dass neurale Stammzellen einen Tropismus für pathologisch veränderte Bereiche des Zentralnervensystems aufweisen und eine ausgeprägte regenerativ-plastische Wirkung haben. Das Mikroumfeld im Bereich des Nervenzelltods gibt die Richtung der Differenzierung transplantierter Zellen vor und gleicht so den Mangel an spezifischen neuronalen Elementen im Bereich der ZNS-Schädigung aus. Bei einigen neurodegenerativen Prozessen entstehen neurogene Signale zur Rekapitulation der Neurogenese, und neurale Stammzellen des reifen Gehirns sind in der Lage, auf diese lehrreichen Informationen zu reagieren. Zahlreiche experimentelle Daten verdeutlichen das therapeutische Potenzial neuraler Stammzellen. Die intrazisternale Verabreichung eines Klons neuraler Stammzellen an Tiere mit Ligatur der mittleren Hirnarterie (ein Modell für ischämischen Schlaganfall) trägt dazu bei, Fläche und Volumen des destruktiv veränderten Hirnareals zu reduzieren, insbesondere bei der Transplantation neuraler Stammzellen zusammen mit FGF2. Immunzytochemisch lässt sich eine Migration von Spenderzellen in die ischämische Zone mit ihrer anschließenden Integration mit intakten Gehirnzellen des Empfängers beobachten. Die Transplantation unreifer Zellen der neuroepithelialen Linie MHP36 der Maus in das Gehirn von Ratten mit experimentellem Schlaganfall verbessert die sensorische und motorische Funktion, und die Einführung dieser Zellen in die Hirnventrikel verbessert die kognitive Funktion. Die Transplantation neuronal vorgebildeter hämatopoetischer Zellen aus menschlichem Knochenmark in Ratten behebt die durch ischämische Schäden verursachte Funktionsstörung der Großhirnrinde. Dabei wandern xenogene neurale Vorläuferzellen von der Injektionsstelle in die Zone der destruktiven Veränderungen im Hirngewebe. Die intrakraniale Transplantation homologer Knochenmarkszellen bei traumatischen Schäden der Großhirnrinde von Ratten führt zu einer teilweisen Wiederherstellung der motorischen Funktion. Spenderzellen wachsen ein, vermehren sich, machen eine neuronale Differenzierung in Neuronen und Astrozyten durch und wandern in Richtung der Läsion. Wenn geklonte menschliche neuronale Stammzellen in das Striatum erwachsener Ratten mit experimentellem Schlaganfall injiziert werden, ersetzen sie beschädigte ZNS-Zellen und stellen die beeinträchtigte Gehirnfunktion teilweise wieder her.

Menschliche neurale Stammzellen werden hauptsächlich aus dem embryonalen Telencephalon isoliert, das sich deutlich später entwickelt als die weiter kaudal gelegenen Teile des Nervenstamms. Die Möglichkeit, neurale Stammzellen aus dem Rückenmark eines 43–137 Tage alten menschlichen Fötus zu isolieren, wurde nachgewiesen, da diese Zellen in Gegenwart von EGF und FGF2 Neurosphären bilden und in frühen Passagen Multipotenz aufweisen und sich in Neuronen und Astrozyten differenzieren. Die Langzeitkultivierung neuraler Vorläuferzellen (über ein Jahr) nimmt ihnen jedoch ihre Multipotenz – solche Zellen können sich nur noch in Astrozyten differenzieren, d. h. sie werden unipotent. Regionale neurale Stammzellen können durch partielle Bulbektomie gewonnen und nach Vermehrung in Kultur in Gegenwart von LIF demselben Patienten mit neurodegenerativen Veränderungen in anderen Teilen des Zentralnervensystems transplantiert werden. In der Klinik wurde die Zellersatztherapie mit neuralen Stammzellen erstmals zur Behandlung von Patienten mit Schlaganfall und Schädigung der Basalganglien des Gehirns durchgeführt. Als Ergebnis der Transplantation von Spenderzellen konnte bei den meisten Patienten eine Verbesserung des klinischen Zustands festgestellt werden.

Einige Autoren sind der Ansicht, dass die Fähigkeit neuraler Stammzellen, sich im Falle einer ZNS-Schädigung in verschiedene Bereiche des Nervengewebes einzupflanzen, zu migrieren und sich dort zu integrieren, unbegrenzte Möglichkeiten für die Zelltherapie nicht nur lokaler, sondern auch ausgedehnter (Schlaganfall oder Asphyxie), multifokaler (Multiple Sklerose) und sogar globaler (die meisten vererbten Stoffwechselerkrankungen oder neurodegenerativen Demenzen) pathologischer Prozesse eröffnet. Tatsächlich integrieren sich die neuralen Stammzellen des Spenders in das ZNS des Empfängers, wenn geklonte neurale Stammzellen von Mäusen und Menschen in Empfängertiere (Mäuse bzw. Primaten) transplantiert werden, bei denen 8 Monate vor der Transplantation eine Degeneration dopaminerger Neuronen im mesostriatalen System durch die Verabreichung von Methylphenyltetrapyridin (Modell der Parkinson-Krankheit) induziert wurde. Einen Monat später sind die transplantierten Zellen bilateral entlang des Mittelhirns lokalisiert. Einige der resultierenden Neuronen gespendeten Ursprungs exprimieren Tyrosinhydrolase, ohne dass Anzeichen einer Immunreaktion auf das Transplantat vorliegen. Bei Ratten, denen 6-Hydroxydopamin verabreicht wurde (ein weiteres experimentelles Modell der Parkinson-Krankheit), wurde die Anpassung transplantierter Zellen an die Mikroumgebung im Wirtshirn durch die Bedingungen der Kultivierung neuronaler Stammzellen vor ihrer Transplantation bestimmt. Neuronale Stammzellen, die sich in vitro unter dem Einfluss von EGF schnell vermehrten, kompensierten den Mangel an dopaminergen Neuronen im geschädigten Striatum effektiver als Zellen aus 28-Tage-Kulturen. Die Autoren vermuten, dass dies auf den Verlust der Fähigkeit zurückzuführen ist, die entsprechenden Differenzierungssignale während der Zellteilung neuronaler Vorläuferzellen in vitro wahrzunehmen.

In einigen Studien wurde versucht, die Wirksamkeit der Auswirkungen auf die Reinnervationsprozesse des geschädigten Striatums durch die Transplantation embryonaler Striatumzellen in diesen Bereich als Quelle neurotropher Faktoren bei gleichzeitiger Transplantation dopaminerger Neuronen des ventralen Mesencephalons zu erhöhen. Wie sich herausstellte, hängt die Wirksamkeit der Neurotransplantation weitgehend von der Methode der Einführung embryonaler Nervengewebe ab. Als Ergebnis von Studien zur Transplantation embryonaler Nervengewebepräparate in das Ventrikelsystem des Gehirns (um eine Verletzung des Striatumparenchyms zu vermeiden) wurden Informationen über deren positive Wirkung auf den motorischen Defekt bei Parkinsonismus gewonnen.

Andere Studien haben jedoch experimentelle Beobachtungen gezeigt, dass die Transplantation von Präparaten embryonalen Nervengewebes des ventralen Mesencephalons mit dopaminergen Neuronen in die Hirnventrikel oder die Transplantation GABA-erger embryonaler Nervenelemente in das Striatum von Ratten mit Hemiparkinsonismus nicht zur Wiederherstellung der beeinträchtigten Funktionen des dopaminergen Systems beiträgt. Im Gegenteil, immunzytochemische Analysen bestätigten die Daten zur niedrigen Überlebensrate der in das Striatum von Ratten transplantierten dopaminergen Neuronen des ventralen Mesencephalons. Der therapeutische Effekt der intraventrikulären Transplantation embryonalen Nervengewebes des ventralen Mesencephalons wurde nur unter der Bedingung der gleichzeitigen Implantation eines Präparats embryonaler Striatumzellen in das denervierte Striatum erzielt. Die Autoren glauben, dass der Mechanismus dieses Effekts mit der positiven trophischen Wirkung GABA-erger Elemente des embryonalen Striatums auf die spezifische dopaminerge Aktivität intraventrikulärer ventraler Mesencephalon-Transplantate zusammenhängt. Eine ausgeprägte Gliareaktion in den Transplantaten ging mit einer leichten Regression der Apomorphin-Testparameter einher. Letztere wiederum korrelierten mit dem GFAP-Gehalt im Blutserum, was direkt auf eine Verletzung der Permeabilität der Blut-Hirn-Schranke hinwies. Basierend auf diesen Daten schlussfolgerten die Autoren, dass der GFAP-Spiegel im Blutserum als adäquates Kriterium zur Beurteilung des Funktionszustands des Transplantats verwendet werden kann und eine erhöhte Permeabilität der Blut-Hirn-Schranke für neurospezifische Antigene wie GFAP ein pathogenetisches Bindeglied bei der Entwicklung eines Transplantatversagens aufgrund einer Autoimmunschädigung des Nervengewebes des Empfängers darstellt.

Aus Sicht anderer Forscher sind die Ansiedlung und Integration neuronaler Stammzellen nach der Transplantation stabil und lebenslang, da Spenderzellen mindestens zwei Jahre nach der Transplantation in den Empfängerzellen gefunden werden, ohne dass ihre Anzahl signifikant abnimmt. Versuche, dies damit zu erklären, dass neuronale Stammzellen im undifferenzierten Zustand MHC-Moleküle der Klassen I und II nicht in ausreichendem Maße exprimieren, um eine Immunabstoßungsreaktion auszulösen, können nur in Bezug auf niedrig differenzierte neuronale Vorläuferzellen als zutreffend angesehen werden. Allerdings verbleiben nicht alle neuronalen Stammzellen im Gehirn des Empfängers in einem unreifen Ruhezustand. Die meisten von ihnen durchlaufen eine Differenzierung, bei der MHC-Moleküle vollständig exprimiert werden.

Insbesondere ist die unzureichende Effizienz der intrastriatalen Transplantation embryonaler ventraler Mesencephalon-Präparate mit dopaminergen Neuronen zur Behandlung des experimentellen Parkinsonismus mit der niedrigen Überlebensrate der transplantierten dopaminergen Neuronen (lediglich 5 – 20 %) verbunden, die durch eine reaktive Gliose verursacht wird, die mit einem lokalen Trauma des Hirnparenchyms während der Transplantation einhergeht. Es ist bekannt, dass ein lokales Trauma des Hirnparenchyms und eine gleichzeitige Gliose zu einer Störung der Integrität der Blut-Hirn-Schranke mit der Freisetzung von Antigenen des Nervengewebes, insbesondere OCAR und neuronenspezifischem Antigen, in das periphere Blut führen. Das Vorhandensein dieser Antigene im Blut kann die Produktion spezifischer zytotoxischer Antikörper gegen sie und die Entwicklung einer Autoimmunaggression verursachen.

V. Tsymbalyuk und Co-Autoren (2001) berichten, dass die traditionelle Sichtweise weiterhin gilt, wonach das Zentralnervensystem eine immunologisch privilegierte Zone darstellt, die durch die Blut-Hirn-Schranke vom Immunsystem isoliert ist. In ihrer Literaturübersicht zitieren die Autoren eine Reihe von Arbeiten, die darauf hinweisen, dass diese Sichtweise dem Wesen der Immunprozesse im Säugetierhirn nicht vollständig entspricht. Es wurde festgestellt, dass markierte Substanzen, die in das Hirnparenchym eingebracht werden, tiefe Halslymphknoten erreichen können, und dass nach intrazerebraler Injektion von Antigenen im Körper spezifische Antikörper gebildet werden. Zellen der Halslymphknoten reagieren auf solche Antigene mit Proliferation, beginnend am fünften Tag nach der Injektion. Die Bildung spezifischer Antikörper wurde auch bei Hauttransplantationen in das Hirnparenchym nachgewiesen. Die Autoren der Übersichtsarbeit stellen mehrere hypothetische Wege für den Antigentransport vom Gehirn zum Lymphsystem vor. Einer davon ist der Übergang von Antigenen aus den perivaskulären Räumen in den Subarachnoidalraum. Es wird angenommen, dass die perivaskulären Räume entlang der großen Hirngefäße dem Lymphsystem im Gehirn entsprechen. Der zweite Weg verläuft entlang der weißen Fasern – durch das Siebbein in die Lymphgefäße der Nasenschleimhaut. Darüber hinaus befindet sich in der Dura mater ein ausgedehntes Netz von Lymphgefäßen. Auch die Undurchlässigkeit der Blut-Hirn-Schranke für Lymphozyten ist relativ. Es ist erwiesen, dass aktivierte Lymphozyten Enzyme produzieren können, die die Durchlässigkeit der Strukturen des zerebralen „Immunfilters“ beeinflussen. Auf der Ebene der postkapillären Venolen durchdringen aktivierte T-Helferzellen die intakte Blut-Hirn-Schranke. Die These vom Fehlen von Zellen im Gehirn, die Antigene repräsentieren, hält der Kritik nicht stand. Derzeit ist die Möglichkeit, Antigene im ZNS durch mindestens drei Zelltypen zu repräsentieren, überzeugend bewiesen. Erstens handelt es sich dabei um aus dem Knochenmark stammende dendritische Zellen, die im Gehirn entlang großer Blutgefäße und in der weißen Substanz lokalisiert sind. Zweitens können Antigene Endothelzellen der Hirngefäße präsentieren, und zwar in Verbindung mit MHC-Antigenen, was das klonale Wachstum von T-Zellen unterstützt, die spezifisch für diese Antigene sind. Drittens fungieren Mikro- und Astrogliazellen als Antigen-präsentierende Agentien. Als an der Bildung der Immunantwort im Zentralnervensystem beteiligte Astrozyten erwerben die Eigenschaften von Immuneffektorzellen und exprimieren eine Reihe von Antigenen, Zytokinen und Immunmodulatoren. Bei Inkubation mit γ-Interferon (γ-INF) exprimieren Astrogliazellen in vitro MHC-Klasse-I- und -II-Antigene, und stimulierte Astrozyten sind zur Antigenpräsentation und Aufrechterhaltung der klonalen Lymphozytenproliferation befähigt.

Hirntraumata, postoperative Entzündungen, Ödeme und Fibrinablagerungen, die mit der Transplantation embryonaler Nervengewebe einhergehen, schaffen Bedingungen für eine erhöhte Durchlässigkeit der Blut-Hirn-Schranke mit beeinträchtigter Autotoleranz, Sensibilisierung und Aktivierung von CD3+CD4+-Lymphozyten. Die Präsentation von Auto- und Alloantigenen erfolgt durch Astrozyten und Mikrogliazellen, die auf γ-INF mit der Expression von MHC-Molekülen, ICAM-1, LFA-I, LFA-3, den kostimulierenden Molekülen B7-1 (CD80) und B7-2 (CD86) sowie der Sekretion von IL-1a, IL-ip und γ-INF reagieren.

Folglich kann die Tatsache, dass embryonales Nervengewebe nach intrazerebraler Transplantation länger überlebt als nach peripherer Verabreichung, kaum mit der fehlenden Ausbildung einer Transplantatimmunität in Verbindung gebracht werden. Darüber hinaus spielen Monozyten, aktivierte Lymphozyten (zytotoxische CD3+CD8+ und T-Helferzellen) und die von ihnen produzierten Zytokine sowie Antikörper gegen Antigene des peripheren Transplantats embryonalen Nervengewebes eine wichtige Rolle bei dessen Abstoßung. Ein niedriges Expressionsniveau von MHC-Molekülen im embryonalen Nervengewebe ist von besonderer Bedeutung für die Schaffung der Bedingungen für eine längere Resistenz von Neurotransplantaten gegen T-Zell-Immunprozesse. Aus diesem Grund entwickelt sich die Immunentzündung nach der Transplantation embryonalen Nervengewebes ins Gehirn im Experiment langsamer als nach einer Hauttransplantation. Dennoch wird nach 6 Monaten eine vollständige Zerstörung einzelner Nervengewebetransplantate beobachtet. In diesem Fall sind durch MHC-Klasse-II-Antigene restringierte T-Lymphozyten überwiegend in der Transplantationszone lokalisiert (Nicholas et al., 1988). Es wurde experimentell nachgewiesen, dass während einer xenologischen Neurotransplantation der Verlust von T-Helferzellen (L3T4+), jedoch nicht von zytotoxischen T-Lymphozyten (Lyt-2), das Überleben von Rattennervengewebe im Gehirn von Empfängermäusen verlängert. Die Abstoßung des Neurotransplantats geht mit dessen Infiltration durch Wirtsmakrophagen und T-Lymphozyten einher. Folglich wirken Wirtsmakrophagen und aktivierte Mikrogliazellen in situ als antigenpräsentierende immunstimulierende Zellen, und die erhöhte Expression von Spender-MHC-Klasse-I-Antigenen verstärkt die Killeraktivität der zytotoxischen T-Lymphozyten des Empfängers.

Es ist sinnlos, die zahlreichen spekulativen Versuche zu analysieren, die Abstoßung von Neurotransplantaten durch die Reaktion des Immunsystems des Empfängers auf Endothelzellen oder Gliazellen des Spenders zu erklären, da selbst reine Linien neuronaler Vorläuferzellen Immunangriffen ausgesetzt sind. Bemerkenswert ist, dass die Expression von Fas-Liganden durch Gehirnzellen, die Apoptoserezeptoren (Fas-Moleküle) auf in das Gehirn eindringenden T-Lymphozyten binden und deren Apoptose induzieren, eine wichtige Rolle bei den Mechanismen des längeren Transplantatüberlebens im ZNS spielt, einem typischen Schutzmechanismus transbarrierer autoimmunogener Gewebe.

Wie V. Tsymbalyuk und Co-Autoren (2001) richtig bemerken, ist die Transplantation embryonaler Nervengewebe durch die Entwicklung einer Entzündung gekennzeichnet, an der gegen Hirnantigene sensibilisierte Zellen und aktivierte Zellen, Antikörper sowie die lokale Produktion von Zytokinen beteiligt sind. Eine wichtige Rolle spielt dabei die bereits bestehende Sensibilisierung des Körpers gegen Hirnantigene, die bei der Entwicklung von ZNS-Erkrankungen auftritt und sich gegen Transplantatantigene richten kann. Aus diesem Grund wird das wirklich langfristige Überleben histoinkompatibler Neurotransplantate nur durch die Unterdrückung des Immunsystems mit Cyclosporin A oder durch die Einführung monoklonaler Antikörper gegen die CD4+-Lymphozyten des Empfängers erreicht.

Daher sind viele Probleme der Neurotransplantation noch ungeklärt, darunter auch solche im Zusammenhang mit der immunologischen Verträglichkeit von Geweben, die nur durch gezielte Grundlagenforschung und klinische Forschung gelöst werden können.