Dokument: Evaluation of neuroprotective strategies in inflammatory and degenerative animal models by visual system readouts

Titel:	Evaluation of neuroprotective strategies in inflammatory and degenerative animal models by visual system readouts
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=53106
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20200428-111244-0
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Dietrich, Michael [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 7,85 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 28.04.2020 / geändert 28.04.2020
Beitragende:	Prof. Dr. med. Albrecht, Philipp [Gutachter] Prof. Dr. Rose, Christine [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Zusammenfassung: Bei der schubförmigen und der progressiven Form der Multiplen Sklerose (MS) ist Neurodegeneration die Hauptursache für eine Langzeitbehinderung. Während bei der Prävention der entzündungsgeprägten Schübe große Fortschritte erzielt werden konnten, fehlen noch Behandlungsmöglichkeiten, um die chronischen, neurodegenerativen Prozesse effektiv zu verhindern oder Regeneration zu fördern. Die experimentelle autoimmune Enzephalomyelitis (EAE) ist das am häufigsten verwendete Tiermodell für MS und umfasst deren pathologischen Eigenschaften, was eine präklinische Bewertung neuer therapeutischer Ansätze ermöglicht. Die Etablierung und Anwendung präklinischer, longitudinaler in vivo Messungen, welche ggf. auf eine klinische Studie übertragen werden können, ist von großem wissenschaftlichen Interesse. Die Optische Kohärenztomographie (OCT) ist eine schnelle, nicht-invasive, interferometrische Methode, die eine hochauflösende Bildgebung der Netzhaut des Auges ermöglicht. Bei MS-Patienten und EAE-Mäusen stellen die Netzhautveränderungen nicht nur ein morphologisches Korrelat der funktionellen Sehdefizite dar, sondern spiegeln auch die allgemeine Behinderung und die Hirnatrophie wieder. Damit ist OCT ein ideales Werkzeug zur Visualisierung von Degenerationsprozessen sowohl in entzündlichen wie in degenerativen Tiermodellen. In dieser Arbeit war das erste Ziel, retinale OCT-Messungen im präklinischen Rahmen zu etablieren. Deshalb entwickelten wir zunächst eine Halterung für Mäuse und Ratten mit optionaler Inhalationsanästhesie. Mit dieser kann das Tiere in allen Ebenen um das Auge als Fixpunkt rotiert werden, sodass besonders leicht ein orthogonaler Winkel des OCT Messstrahls zur Retina eingestellt werden kann. Anschließend produzierten wir einen Video-Artikel mit einem detaillierten Protokoll für die konfokale Scanning-Laser-Ophthalmoskopie (cSLO), OCT Untersuchung und die Messung der optokinetischen Reaktion (OKR) in Nagetieren. Mit der OKR kann die Sehfunktion von Nagetieren beurteilt werden, um die Ergebnisse der retinalen Morphologie aus der OCT Untersuchung zu untermauern. Als Tiermodell für MS ist die EAE ein häufig verwendetes Modell, aber vergleichende Studien zwischen verschiedenen EAE Modellen hinsichtlich des visuellen Systems sind noch nicht vorhanden. Im dritten Teil dieser Arbeit haben wir daher das OCT-Scanprotokoll in Mäusen mit der besten Reproduzierbarkeit und Verlässlichkeit identifiziert. Wir induzierten EAE in transgenen und Wildtyp-Mauslinien durch Immunisierung mit verschiedenen Antigenen und verglichen den Krankheitsverlauf mittels OCT-, OKR- und histologische Analysen. Wir identifizierten die Myelin-Oligodendrozyten-Glykoprotein, Fragment 35-55 (MOG35-55), induzierte EAE in C57Bl/6J Mäusen als am besten geeignetes Modell zur Analyse retinaler Neurodegeneration bei Optikusneuritis. Mit diesem Modell untersuchten wir daraufhin das Antioxidans alpha-Liponsäure (LA) mit Hilfe der implementierten Untersuchungsmethoden, nachdem wir zunächst in Zellkultur-Untersuchungen die wirksamste Form der LA identifiziert hatten. Dies ist ein sehr relevanter Ansatz, da bei Patienten zunehmend klinischen Studien an der Optikus-Neuritis (ON) zur Untersuchung neuer neuroprotektiver oder remyelinisierender Strategien eingesetzt werden. Wir fanden heraus, dass LA sowohl neuroprotektive, als auch entzündungshemmende Eigenschaften besitzt. Gleichzeitig stellten wir fest, dass nur eine prophylaktische LA-Behandlung zu signifikant protektiven Effekten in der Retina führt, welche durch das OCT identifiziert werden können. Daher erscheint eine ON-Studie zur Untersuchung der protektiven Wirkung von LA nicht erfolgversprechend. Wir kommen jedoch zu dem Schluss, dass EAE-ON ein gut geeignetes in vivo-Modell ist, um die pathologischen Merkmale der akuten Autoimmuninfiltration, der Demyelinisierung und der neuroaxonalen Schäden sowie der möglichen Remyelinisierung und Regeneration bei entzündlichen Erkrankungen des zentralen Nervensystems zu untersuchen und Therapien zu evaluieren. Die Tatsache, dass all dies in der Netzhaut und/oder im Sehnerv beurteilt werden kann, macht das visuelle System zu einem idealen Modell für die präklinische Bewertung neuer therapeutischer Strategien. Summary: In the relapsing remitting and in progressive forms of Multiple Sclerosis (MS), neuronal degeneration is the main cause of long-term disability. While great advances have been made in preventing the inflammatory relapses, strategies to effectively prevent the chronic neurodegenerative processes or promote repair are still lacking. Experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) is a commonly used animal model for MS and recapitulates most pathological hallmarks, allowing a preclinical evaluation of novel therapeutic strategies. The implementation and application of preclinical, longitudinal in vivo readouts that can be translated to clinical applications, is of great scientific interest. Optical coherence tomography (OCT) is a fast, non-invasive, interferometric technique allowing high resolution imaging of the eye’s retina. In MS patients and EAE mice, the retinal alterations not only represent a morphological correlate of the functional visual deficits, but also mirror the overall disability and the brain atrophy. This makes OCT an ideal tool for visualizing the degenerating processes in inflammatory and degenerative animal models. In this thesis, the first task was to establish retinal OCT measurements in a preclinical setting. We therefore created a holder with optional inhalant anesthesia, where the beam-to-target angle can be adjusted by a manual rotation of the tube housing the animal. We then provided a video manual and detailed protocol for confocal scanning laser ophthalmoscopy (cSLO)/OCT and optokinetic response (OKR) in rodents. OKR can be used to determine the visual acuity of rodents, providing the functional readout to support the structural data from OCT. As an animal model for MS, EAE is a frequently used model, but comparative studies between the different EAE models using visual system readouts are still lacking. In the third work of this thesis, we first identified the ideal OCT scanning protocol in mice with best reproducibility and reliability. We then compared the longitudinal progression of pathology, inducing EAE in transgenic and wildtype mouse lines with different antigens, measuring OCT and OKR, and performing histological analyses. EAE in C57Bl/6J mice using the myelin oligodendrocyte glycoprotein, fragment 35-55 (MOG35-55) was concluded as the most suitable model. Using this model, we tested the antioxidant alpha-lipoic acid (LA) with the established systems, after evaluating the suitable compound in cell culture. This is a highly relevant approach, as clinical optic neuritis studies (ON) are increasingly being used to evaluate new neuroprotective or remyelinating strategies. We found LA having both neuroprotective and anti-inflammatory properties. However, we also determined, that only a prophylactic LA treatment resulted in significant protective effects detected by OCT. Therefore, the translation to an optic neuritis trial might not be recommendable, as therapy would only be started at the onset of symptoms. However, we conclude that EAE-ON is a very suitable in vivo model, recapitulating the pathological hallmarks of acute autoimmune infiltration, demyelination and neuroaxonal damage, as well as possible remyelination and repair after therapy. The fact that all of these pathologies can easily be assessed in the retina and/or optic nerve makes the anterior visual pathway an ideal model for the preclinical evaluation of novel therapeutic strategies.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie
Dokument erstellt am:	28.04.2020
Dateien geändert am:	28.04.2020
Promotionsantrag am:	17.09.2019
Datum der Promotion:	27.04.2020