Dokument: Die Einflüsse relevanter zellulärer Signalwege auf die Entwicklung humaner neuraler Progenitorzellen in vitro
| Titel: | Die Einflüsse relevanter zellulärer Signalwege auf die Entwicklung humaner neuraler Progenitorzellen in vitro | |||||||
| Weiterer Titel: | The influence of relevant cellular signaling pathways on the development of human neural progenitor cells in vitro | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=69534 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20250430-153253-9 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Raad, Georgea [Autor] | |||||||
| Dateien: |
| |||||||
| Beitragende: | Prof. Dr. Fritsche, Ellen [Gutachter] Prof. Dr. Charlotte von Gall [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | Alternativen zum Tierversuch / alternatives to animal testing, humane neurale Progenitorzellen / human neural progenitor cells, Signalwege / signaling pathways, Entwicklungsneurotoxizität / developmental neurotoxicity (DNT), DNT-in vitro-battery (DNT-IVB), Neurosphären / neurospheres, Neurosphären-Assay / neurosphere-assay, Notch, Wnt, GSK3ß, EPR, mTOR, STAT3, präventive Testung / preventative testing, OECD, EFSA, US-EPA, ToxCast Datenbank / ToxCast database | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit | |||||||
| Beschreibungen: | Die Entwicklung des menschlichen Gehirns ist durch eine Vielzahl wichtiger Prozesse gekennzeichnet. Hierdurch ist das sich entwickelnde Gehirn sehr anfällig für eine Einflussnahme durch verschiedenste Substanzen. Gegenwärtig wird die Testung von Chemikalien auf die Entwicklungsneurotoxizität (developmental neurotoxicity, DNT) nach den Richtlinien der internationalen Organisation for Economic Co-operation and Development (OECD) und der United States Environmental Protection Agency (US-EPA) durchgeführt, welche in vivo Tierversuche als Standard vorgeben. Diese Studien sind mit einem sehr hohen Ressourcenverbrauch verbunden und werfen ethisch-moralische Fragen auf, zudem ist die Übertragbarkeit von Tests an nicht menschlichen Zellen auf den menschlichen Organismus mangelhaft. Um eine human-basierte, ressourcenschonende, präventive und tierfreundliche Alternative für die Identifikation adverser Effekte von Substanzen auf die Entwicklung des menschlichen Gehirns bereitzustellen, wurde in den letzten Jahren die sogenannte DNT in vitro Testbatterie (DNT-IVB) entwickelt. Diese ist in der Lage, eine Vielzahl von Schlüsselprozessen der menschlichen Gehirnentwicklung abzubilden.
Ein integraler Bestandteil der DNT-IVB ist der Neurosphären-Assay, welcher auf Arbeiten mit primären humanen neuralen Progenitorzellen (human neural progenitor cells, hNPCs) basiert. Um die biologische Applikationsdomäne des Neurosphären-Assays näher zu charakterisieren, wurden in dieser Studie insgesamt die sechs folgenden für die menschliche Gehirnentwicklung relevanten Signalwege ausgewählt: Notch, Wingless Integration (Wnt), Glykogen-Synthase-Kinase (GSK3ß), Prostaglandin-E2-Rezeptoren (EPR), mechanistical target of rapamycin (mTOR) und signal transducer and activator of transcription (STAT3). Diese Signalwege wurden mit je mindestens einem Aktivator und einem Inhibitor untersucht. Dabei wurden die Endpunkte NPC-Proliferation und -Migration, -Differenzierung zu Neuronen und Oligodendrozyten sowie die Neuritenmorphologie analysiert. Die Resultate ergeben, dass einige Endpunkte des Neurosphären-Assays über die untersuchten Signalwege moduliert werden können. Konzentrations-Wirkungs-Kurven in logarithmischen Abständen zeigen beispielsweise, dass eine Wnt-Signalwegs-Aktivierung die Radial-Glia-Migration sowie die Differenzierung der Zellen zu Oligodendrozyten vermindert, die neuronale Differenzierung jedoch erhöht. Ein Beispiel für eine fehlende Modulierbarkeit ist der STAT3-Signalweg, bei welchem durch den Inhibitor Limonin keine spezifischen Veränderungen der Endpunkte festgestellt werden konnten. Die hier generierten Daten geben neue Einblicke in die biologische Applikationsdomäne des Neurosphären-Assays und stärken somit aufgrund der Relevanz der untersuchten Signalwege für entwicklungsneurologische Krankheiten auch die Validität und Vorhersagekraft der DNT-IVB. Die Daten werden internationale Sichtbarkeit erlangen, da sie nicht nur publiziert, sondern auch in der ToxCast-Datenbank der US-EPA verfügbar sein werden.The development of the human brain underlies a multitude of important evolutionary processes. Hereby, the developing brain is very sensitive and vulnerable to the influence of diverse substances. Currently, the testing of chemicals regarding their developmental neurotoxicity (DNT) potential is performed according to the Organisation for Economic Cooperation and Development (OECD) and the United States Environmental Protection Agency (US-EPA) guidelines, using in vivo animal testing methods as standard. These studies are characterized by the enormous use of resources and impose ethical-moral questions considering animal testing, furthermore, they lack good transferability of non-human test methods on the human organism. In need of a human-based, resource-efficient, preventative, and animal-friendly alternative for the identification of adverse effects of substances on the developing human brain, the DNT in vitro battery (DNT-IVB) was developed. This testing battery allows the depiction of key-processes during the development of the human brain. An integral part of the DNT-IVB is represented by the Neurosphere-Assay, which is based on work with primary human neural progenitor cells (hNPCs). In order to characterize the biological applicability domain of the Neurosphere-Assay, this study examined the following six signaling pathways, which play a relevant role during human brain development: Notch, Wingless-Integration (Wnt), Glycogen-Synthase-Kinase 3 (GSK3ß), Prostaglandin E2-Receptors (EPR), mechanistical target of rapamycin (mTOR), and signal transducer and activator of transcription (STAT3). The signaling pathways were tested with at least one activator and one inhibitor. The Neurosphere-Assay endpoints NPC proliferation and migration, differentiation into neurons and oligodendrocytes, as well as neurite outgrowth were analysed. The results show that some endpoints of the Neurosphere-Assay can be regulated through the studied signaling pathways. Concentration-effect curves in logarithmic scalings were able to demonstrate that Wnt-pathway-activation reduces the radial-glia-migration and the differentiation into oligodendrocytes, while increasing the neuronal differentiation. An example of lacking modulation capability is the STAT3-signaling pathway, in which the inhibitor Limonin did not lead to any specific endpoint changes. The here generated data give new insights into the biological applicability domain of the Neurosphere-Assay and strengthen the validity and predictability of the DNT-IVB through the relevance of the examined signaling pathways for human developmental neurotoxicological diseases. The data will receive international visibility as they will not only be published but will also be available in the ToxCast-data bank of the US-EPA. | |||||||
| Lizenz: |  Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Medizinische Fakultät | |||||||
| Dokument erstellt am: | 30.04.2025 | |||||||
| Dateien geändert am: | 30.04.2025 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 26.11.2024 | |||||||
| Datum der Promotion: | 01.04.2025 |
