Untersuchung des kausalen Beitrags des selektiven Glukosetransports über die Blut-Hirnschranke bei der Hirnödementstehung und neurokognitiven Störungen nach experimenteller fokaler zerebraler Ischämie und Schädelhirntrauma
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Schädel-Hirn-Trauma (SHT) ist eine der problematischsten Erkrankungen, welche den Gesundheitssektor weltweit herausfordert. Obwohl viel im Bereich Heilung und Prävention geforscht wird, haben die betroffenen Patienten ein erhöhtes Sterberisiko. Die in vivo SHT-Forschungen hat gewisse Einschränkungen wegen bekannten und unbekannten Faktoren, die in den in vivo Experimenten nicht einfach verändert werden können. Deshalb stellen in vitro Modelle eine gute Möglichkeit dar, die Mechanismen während eines SHT besser und einfacher erforschen zu können. Dies ermöglicht in zukünftigen Studien, die Risiken nach einem Trauma zu dezimieren. Obwohl viele Versuche mit passenden Modellen für die Nachahmung der Ereignisse während eines SHT durchgeführt werden, ist noch kein geeignetes in vitro Modell zur Untersuchung der Mechanismen verfügbar. Ein Ziel dieses Projektes ist es, ein neues System für ein in vitro SHT-Modell zu etablieren. Die Anwendung einer Dehnung in Kombination mit einem Sauerstoff-Glukoseentzug als in vitro SHT-Modell ist bisher noch nicht erfolgt. Unser Bestreben ist somit die Kombination beider Modelle, die physikalischen Verletzungen sowie den Sekundärmechanismen, die während eines SHT involviert sind. Die hilft uns, die Effekte in Hirnendothelzellen, welche hauptsächlich die Blut-Hirn-Schranke (BHS) bilden, zu verstehen und zu vergleichen. Dies ist von großer Bedeutung, da die BHS für den Schutz des zentralen Nervensystems (ZNS) und für die Homöostase in dieser Umgebung sorgt. Daher kann eine Gefährdung der BHS zu einer Störung im ZNS führen. Die BHS erlaubt den Transport von Nährstoffen und Ionen in und aus dem ZNS. In diesem Zusammenhang beeinflusst eine Permeabilitätsänderung der BHS während einer Verletzung wie z.B. SHT die gesamte Funktion des ZNS. In unserem in vitro Modell sind wir in der Lage zu zeigen, dass sowohl eine Dehnung als auch ein Sauerstoff-Glukoseentzug Auswirkungen in mikrovaskulären Hirnendothelzellen haben. Einzeln oder in Kombination können beide Methoden die Konzentration von zytotoxischen und inflammatorischen Markern, sowie von Kalziumionen in den Hirnendothelzellen cEND verändern. Weiterhin wird die Permeabilität der cEND Zellen durch Expressionsänderung von Tight Junction Proteinen beeinflusst. Eine Zerstörung der Zellen führt zu einer veränderten Expression der Glukosetransporter SGLT1 und GLUT1, sowie dem SGLT1-regulatorischen Protein RS1. Diese Ergebnisse bieten eine Grundlage für zukünftige Studien in diesem Bereich. Eine Optimierung der Methoden im in vitro Modell ist ein wichtiger Aspekt des Projekts und war seit Beginn eine Herausforderung. Nichtsdestotrotz hat sich das in vitro Modell nach seiner Etablierung weltweit bewährt und ist wertvoll für zukünftige Studien des SHT.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2012). Generation of an immortalized murine brain microvascular endothelial cell line as an in vitro blood brain barrier model. J Vis Exp. (66):e4022
Burek M, Salvador E, Förster CY
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(2013). Glucocorticoids and endothelial cell barrier function. Cell Tissue Res.
Salvador E, Shityakov S, Förster CY
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(2013). In silico, in vitro, and in vivo methods to analyse drug permeation across the blood-brain barrier: A critical review. OA Anaesthetics 1(2): 13
Shityakov S, Salvador E, Förster C
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(2013). Stretch in Brain Microvascular Endothelial Cells (cEND) as an In Vitro Traumatic Brain Injury Model of the Blood Brain Barrier. J Vis Exp. (80)
Salvador E, Neuhaus W, Förster CY
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"Cell-based in vitro blood-brain barrier models for drug permeability studies." In: "Concepts and models for drug permeability studies - Cell and tissue-based in vitro culture models". Editor: B. Sarmento. Elsevier, 2014
Burek M, Salvador E and Förster CY
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"The causal contribution of selective blood-brain barrier to glucose transport in brain edema and function deterioration after ischemia and brain injury." In: Adaptation Biology and Medicine: New Challenges. Eds. L.M. Popescu, A.R. Hargens and P.K. Singal. Narosa Publishing House, New Delhi. Vol. 7, 2014, ISBN: 978-81-8487-214-9, pp. 213-220
Salvador E and Förster CY
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"An In Vitro Model of Traumatic Brain Injury." In: Traumatic and Ischemic Injuries. Editor: Binu Tharakan. Methods in Molecular Biology. Springer, 2015
Salvador E, Burek M and Förster CY
