| Grampp, Anne: Proliferation von Mikrogliazellen und Astrozyten im Gyrus dentatus der Ratte nach experimenteller Läsion des entorhinalen Kortex |
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In den scheinoperierten Gehirnen und auf der unlädierten Seite der lädierten Hirne war die Molekularschicht im Gyrus dentatus des Hippokampus homogen durchfärbt. Innere und äußere Molekularschicht ließen sich nicht voneinander abgrenzen. Bei den operierten Tieren konnte man dagegen ipsilateral zur Läsion die innere und äußere Molekularschicht leicht unterscheiden, da die äußere Molekularschicht, möglicherweise aufgrund von Beschädigungen des Gewebes, kräftiger dunkel angefärbt war.
In der Umgebung der Läsion erschien das Gewebe zerrissen und war stark immunreaktiv für aktivierte Mikroglia. In späten Stadien glich das Gewebe einer Glianarbe, verursacht durch gliotische Astrozyten. Um die Läsion herum waren BrdU-positive, proliferierende Zellen zu beobachten, so daß man hier überprüfen konnte, ob die BrdU-Färbung gelungen war. Nach der Auszählung der Gliazellen wurden die erhaltenen Daten proliferationskinetisch und statistisch ausgewertet.
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In den Mikrogliapräparaten der Kontrollgruppe ohne Läsion wiesen beide Hippokampi im Gyrus dentatus eine homogen gefärbte Molekularschicht auf. Dabei waren IB4-markierte Mikrogliazellen in den unlädierten Hirnen relativ selten anzufinden: Die Zellen waren vereinzelt, schwach gefärbt und ramifiziert, d.h. sie hatten dünne, verzweigte Fortsätze ausgebildet, wie man es bei inaktiver, ruhender Mikroglia beobachten kann. BrdU-positive Mikrogliazellen waren nur äußerst selten zu registrieren.
Abb. 9: Mikroglia-Kontrollstadium ohne entorhinale Läsion, linker-rechter Hippokampus. Überwiegend schwächer angefärbte, ramifizierte Mikrogliazellen. Das Gewebe weist kaum Zeichen der Proliferation auf. Vergrößerung: x 40.

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Drei Tage nach Läsion zeigten sich in der deutlich abgrenzbaren äußeren Molekularschicht eine größere Anzahl dunkelbraun gefärbter Mikrogliazellen. Diese Zellen besaßen zwar Fortsätze, erschienen aber gegenüber den Zellen im kontralateralen Hippokampus oder im Kontrollstadium schon stark verdickt und gerundet, wie bei aktivierter Mikroglia. Viele doppelt gefärbte, BrdU-positive Mikrogliazellen mit blauschwarzen Zellkernen waren zu verzeichnen (s. 3.9.2, Abb. 8).
Abb. 10: Mikroglia 3 dpl, ipsilateral-kontralateral. Ipsilateral deutlich gefärbte Mikrogliazellen besonders in der äußeren Molekularschicht, zahlreiche BrdU-positive Zellkerne. Kontralateral wenige, schwach angefärbte Mikrogliazellen. Vergrößerung: x 40.

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Am zehnten postläsionalen Tag war ein äußerer und innerer Anteil der ipsilateralen Molekularschicht ebenfalls klar voneinander abgrenzbar. Es waren zahlreiche dunkelbraun angefärbte, morphologisch verdickte Mikrogliazellen in der ipsilateralen Molekularschicht zu sehen, jedoch deutlich weniger proliferierende Zellen als drei Tage nach Läsion.
Abb. 11: Mikroglia 10 dpl, ipsilateral-kontralateral. Ipsilateral zahlreiche stark gefärbte Mikrogliazellen. Vergrößerung: x 40.

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Nach 30 Tagen konnte man auf der lädierten Seite immer noch die äußere und innere Molekularschicht voneinander unterscheiden. Mikrogliazellen waren im ipsilateralen Hippokampus zahlenmäßig etwas häufiger und auch stärker braun angefärbt und morphologisch stärker verdickt als kontralateral, BrdU-positive Mikrogliazellen fanden sich nur ganz vereinzelt.
Abb. 12: Mikroglia 30 dpl, ipsilateral-kontralateral. Ipsilateral in der Molekularschicht deutlich angefärbte Mikrogliazellen. Vergrößerung: x 40.

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Drei Tage nach Läsion betrug die Anzahl der Mikrogliazellen in der ipsilateralen Molekularschicht des Gyrus dentatus 78,3 pro Gesichtsfeld (Gf). Verglichen mit den Kontrollwerten der unlädierten Tiere (13,3/Gf in der linken ML) ist das eine signifikante Erhöhung (p<0,005, s. Abb. 13a). Auf der kontralateralen Seite wurden 25,8 Mikrogliazellen/Gf gezählt, was sich ebenfalls signifikant von den Kontrollwerten (13,1/Gf rechts) unterschied (p<0,005). Auch in der GCL war die ipsi- und kontralaterale Mikrogliazellzahl signifikant erhöht (p<0,005): 12,8/Gf ipsi- und 12,6/Gf kontralateral der Läsion, gegenüber den Kontrollwerten von 2,2/Gf im linken und 2,4/Gf im rechten DG.
Zehn Tage nach Läsion erschien die Gesamtzahl der Zellen in ML und GCL bereits reduziert im Vergleich zum Dreitagesstadium, war jedoch immer noch signifikant erhöht (p<0,005). In der ipsilateralen ML waren es 49,2 Mikrogliazellen/Gf, kontralateral 20,4; in der GCL 7,1/Gf ipsilateral und 5,7/Gf kontralateral.
Die Mikroglia-Zellzahl 30 Tage nach Läsion war in der ML noch etwas mehr zurückgegangen, wenn auch immer noch beiderseits signifikant erhöht (p<0,005). Die Zellzahl pro Gesichtsfeld in der ipsilateralen ML (37,6/Gf bei 27 in der OML und 10 in der IML) näherte sich wieder etwas den Werten der kontralateralen ML (21,1) an. In der GCL waren die Zellzahlen gegenüber zehn Tagen nach Läsion leicht angestiegen und ebenfalls noch signifikant gegenüber den Kontrollen erhöht (p<0,005), ipsilateral 7,9/Gf und kontralateral 8,7/Gf (s. Abb. 13a).
Die Zahl der BrdU-positiven Mikrogliazellen (s. Abb. 13b) war drei Tage nach Läsion besonders hoch in der ipsilateralen OML (12,7/Gf), lag in der gesamten ML ipsilateral bei 14,5/Gf und kontralateral bei 1,0/Gf. In der GCL betrugen die Werte 0,8/Gf ipsi- und 0,1/Gf kontralateral. Die für ipsilateral zur Läsion ermittelten Werte
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waren sowohl in der ML als auch in der GCL signifikant erhöht (p<0,005) im Vergleich mit den Kontrollen (0,6/Gf in der ML und 0,0/Gf in der GCL links). In der rechten Hirnhemisphäre betrugen die Kontrollwerte 0,5/Gf in der ML und 0,1/Gf in der GCL.Nur 1,1 Mikrogliazellen/Gf waren zehn Tage nach Läsion in der ipsilateralen OML wie auch in der gesamten ML BrdU-positiv. In der kontralateralen ML waren es noch weniger: 0,1/Gf. Für die GCL betrugen die Werte 0/Gf ipsi- und 0,1/Gf kontralateral zur Läsion.
30 Tage nach Läsion waren praktisch keine proliferierenden Mikrogliazellen mehr nachzuweisen (ipsilateral 0,4/Gf in der ML und 0/Gf in der GCL, kontralateral 0,1/Gf in der ML und 0/Gf in der GCL).
Um das Verhältnis proliferierender Zellen zur Gesamtmenge Zellen zu veranschaulichen, wurden aus den bereits statistisch gewonnenen Zellzahl-Mittelwerten Quotienten gebildet. Man bezeichnet den Wert, den man bei der Division der Anzahl BrdU-positiver Mikrogliazellen durch die Gesamtzahl der Mikrogliazellen erhält, als Labeling Index oder Färbeindex:
LI= n(IB4+BrdU+) / n(IB4+)
Drei Tage nach Läsion (s. Abb. 13c) war der LI in der ipsilateralen OML relativ hoch (21,5%). In der IML betrug er 9,1%. In der ipsilateralen Gesamt-ML (LI=18,6%) und in der GCL (LI=6,2%) war der LI immer noch höher als kontralateral (ML 4%; GCL 0,8%).
Zehn Tage nach Läsion ergab der LI in der ipsilateralen OML 2,7%. In der gesamten ML waren ipsilateral 2,2%, kontralateral 0,5% der Mikrogliazellen doppelgefärbt. In
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der ipsilateralen GCL (LI=0%) befanden sich praktisch keine doppelgefärbten Zellen, die kontralaterale GCL hatte einen LI von 1,2%.30 Tage nach Läsion waren die Labeling Indices niedrig ähnlich wie Tag 10 nach Läsion: ipsilateral 1,4% in der äußeren und 0,5% in der inneren Molekularschicht, in der gesamten ML 1,2% ipsi- und 0,5% kontralateral. Es gab keine proliferierenden Zellen in der GCL auf beiden Seiten, so daß die LI-Werte wegen unzulässiger Division durch Null nicht errechnet werden konnten.
Bei den unlädierten Kontrolltieren wurden LI-Werte von links 4,8% (ML) und 1,5% (GCL), rechts 3,6% (ML) und 5,6% (GCL) ermittelt.
Drei Tage nach Läsion ergab sich bei der Division der Zahlen von BrdU-positiven Mikrogliazellen in der ML ipsilateral geteilt durch kontralateral eine Quote von 14,1. Das bedeutet, die Zahl doppelgefärbter Zellen in der ipsilateralen ML war um den Faktor 14,1 höher als in der kontralateralen ML. In der GCL ergab sich ein Wert von 8, d.h. ipsilateral wurde eine 8-fach höhere Zahl proliferierender Zellen gefunden als kontralateral.
Zehn Tage nach Läsion ergab sich eine Quote von 11 für die ML und für die GCL bei fehlender ipsilateraler Proliferation der Wert 0. 30 Tage nach Läsion war bei der ML das Verhältnis ipsi- zu kontralateral 4,3. Bei der GCL konnte es aufgrund der unzulässigen Division durch Null nicht ermittelt werden. Aus den Kontrollwerten ließ sich ein Quotient aus der Zahl proliferierender Zellen in der ML bzw. GCL links geteilt durch rechts ermitteln (ML 1,4, GCL 0,2).
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Abb. 13: Statistische Auswertung der Zellzahlen und Proliferationsraten von Mikrogliazellen in den Molekularschichten (ML) und Körnerzellschichten (GCL) beider Hirnhemisphären. a: Mikrogliazellzahlen. b: Anzahlen BrdU-positiver, also doppelgefärbter Mikrogliazellen. c: Labeling indices, ermittelt durch die Anzahlen BrdU-positiver Mikrogliazellen dividiert durch die Gesamtzellzahlen von Mikrogliazellen. Sternchen auf den Säulen repräsentieren die Signifikanz der Daten, im Vergleich mit den Kontrollwerten (* = p < 0,05; ** = p < 0,005).

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Auch bei den Astrozytenpräparaten war die Molekularschicht beider Hippokampi bei den unlädierten Kontrolltieren homogen gefärbt, so daß eine lichtmikroskopische Unterscheidung der inneren und äußeren Molekularschicht nicht möglich war. Die mit anti-GFAP detektierten Astrozyten waren gleichmäßig verteilt, sie zeigten zarte, dünne Fortsätze und eine dezente, aber deutliche Braunfärbung. Wenige Zellen waren doppelt immunoreaktiv für sowohl GFAP als auch BrdU.
Abb. 14: Astrozyten-Kontrollstadium ohne entorhinale Läsion, linker-rechter Hippokampus. Gleichmäßig verteilte, braun gefärbte Astrozyten mit zarten Fortsätzen in beiden Hirnhälften. Vergrößerung: x 40.

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Am dritten Tag nach entorhinaler Läsion waren ipsilateral im Hippokampus die innere und äußere Molekularschicht unterscheidbar, kontralateral dagegen nicht. Die Astrozyten schienen auf beiden Hirnseiten ähnlich konfiguriert, auch gab es nur wenige BrdU-positive Zellen.
Abb. 15: Astrozyten 3 dpl, ipsilateral-kontralateral. Braun gefärbte Astrozyten mit schlanken Fortsätzen in beiden Hirnhemispheren. Vergrößerung: x 40.

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Sieben Tage nach Läsion war die ipsilaterale äußere Molekularschicht deutlich von der inneren Molekularschicht abzugrenzen. In der äußeren Molekularschicht befanden sich leicht verdickt erscheinende Astrozyten, von denen auch einige BrdU inkorporiert hatten, und somit ihr Zellkern in der Immunhistochemie blauschwarz angefärbt wurde (s. 3.9.2, Abb. 8).
Abb. 16: Astrozyten 7 dpl, ipsilateral-kontralateral. Ipsilateral stärker angefärbte, verdickt erscheinende Astrozyten mit teilweise BrdU-Inkorporation, besonders in der äußeren Molekularschicht. Vergrößerung: x 40.

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Nach zehn Tagen war ipsilateral zur Läsion ebenfalls ein innerer und äußerer Abschnitt der Molekularschicht abgrenzbar. Dort war eine etwas größere Anzahl Astrozyten als in den bisherigen Stadien zu beobachten. Die Zellen waren sehr stark gefärbt und erschienen verdickt. Einige Astrozyten hatten blauschwarze Zellkerne, d.h. sie haben BrdU-positiv reagiert.
Abb. 17: Astrozyten 10 dpl, ipsilateral-kontralateral. Stark angefärbte, verdickte Astrozyten mit BrdU-positiven Zellkernen besonders in der ipsilateralen äußeren Molekularschicht. Vergrößerung: x 40.

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Am dreißigsten Tag nach Läsion war die ipsilaterale äußere Molekularschicht wie auch in den vorigen postläsionalen Stadien dunkler als die innere Molekularschicht durchfärbt. In der äußeren Molekularschicht befanden sich zahlreiche mehr oder weniger stark angefärbte Astrozyten mit erkennbar verdickten Fortsätzen. Vereinzelte Astrozyten waren BrdU-positiv.
Abb. 18: Astrozyten 30 dpl, ipsilateral-kontralateral. Ipsilateral stark gefärbte neben schwächer angefärbten Astrozyten. Vergrößerung: x 40.

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Nach einer Zeitspanne von 100 Tagen waren die innere und äußere Molekularschicht im ipsilateralen Gyrus dentatus immer noch voneinander abgrenzbar. Es waren in beiden Hirnhälften annähernd gleich viele, schwächer gefärbte Astrozyten mit zarten Fortsätzen zu beobachten, die kaum noch blauschwarze Zellkerne aufwiesen.
Abb. 19: Astrozyten100 dpl, ipsilateral-kontralateral. Auf beiden Seiten Astrozyten mit zarten Fortsätzen. Vergrößerung: x 40.

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Drei Tage nach Läsion wurden in der ipsilateralen ML 42,4 Astrozyten pro Gesichtsfeld gezählt (s. Abb. 20a), kontralateral 34,2/Gf. Kontralateral zeigte sich dabei sogar eine signifikante Verringerung an Astrozyten (p<0,005) im Vergleich mit den Kontrollwerten der unlädierten Tiere (rechts 41,3/Gf). Bei den Kontrollen ergab sich auf der linken Seite ein Wert von 41,1/Gf. Bei der GCL waren die Werte ipsi- (8,2/Gf) und kontralateral (8,5/Gf) den Kontrollen gegenüber (links 13,1/Gf, rechts 13,2/Gf) signifikant niedrig (p<0,005).
Sieben Tage nach Läsion wurden ipsilateral 32,1 und kontralateral 20,9 Astrozyten/Gf in der ML gefunden. Das bedeutet für beide Seiten eine signifikante Verminderung (p<0,005), ebenso wie in der GCL. Dort fanden sich ipsilateral 6,7/Gf und kontralateral 7,9/Gf Astrozyten.
Zehn Tage nach Läsion wies die ipsilaterale ML 54,4 Astrozyten/Gf auf, in der kontralateralen ML waren 39,0 Astrozyten/Gf zu zählen. Ipsilateral handelte es sich hierbei um eine signifikante Erhöhung (p<0,005). In der GCL hatten sich Werte von ipsilateral 15,3/Gf und kontralateral 14,5/Gf ergeben, die den Kotrollen gegenüber nicht signifikant verändert waren.
Die Zahl der Astrozyten erreichte in der ML 30 Tage nach Läsion ein Maximum, ipsilateral eine signifikante Erhöhung auf 59,1/Gf (p<0,005), kontralateral waren es 40,8/Gf, den Kontrollen gegenüber also nicht signifikant verändert. Die Werte in der GCL betrugen ipsilateral 11,8/Gf und kontralateral 13,0/Gf, was etwa Kontrollwerten entspricht.
100 Tage nach Läsion war die Astrozytenzahl in der ML wieder auf Kontrollwerte zurückgegangen, ipsilateral 36,7/Gf und 44,8/Gf auf der kontralateralen Seite. In der GCL zeigten sich ipsilateral 12,6/Gf und kontralateral 14,5/Gf.
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Bei den Kontrolltieren waren kaum proliferierende Astrozyten auszumachen: In der linken ML 0,2/Gf, in der GCL 0,0/Gf; in der rechten ML 0,2/Gf und in der GCL 0,1/Gf.
Drei Tage nach Läsion waren die doppelgefärbten, GFAP-BrdU-positiven Astrozyten bereits signifikant vermehrt (s. Abb. 20b): Ipsilateral in der ML 2,9/Gf und in der GCL 0,3/Gf, kontralateral in der ML 1,7/Gf und in der GCL 0,3/Gf (ML: p<0,005; GCL: p<0,05).
Die Anzahl der doppelgefärbten Astrozyten war sieben Tage nach Läsion in der ipsilateralen ML auf 6,3/Gf, kontralateral auf 2,9/Gf signifikant angestiegen (p<0,005). In der GCL waren die Werte ebenfalls signifikant erhöht, auf ipsilateral 0,9/Gf und kontralateral 1,0/Gf (p<0,005).
Zehn Tage nach Läsion wurden in der ipsilateralen ML 3,1 BrdU-positive Astrozyten/Gf gezählt, in der kontralateralen ML 0,7/Gf, was beides noch einer signifikanten Erhöhung entsprach (p<0,005 bzw. p<0,05, s. Abb. 20b). Bei der GCL war nur der ipsilaterale Wert signifikant erhöht (0,4/Gf, p<0,05), kontralateral ergab sich 0,3/Gf.
Die Daten der doppelgefärbten Astrozyten waren 30 Tage nach Läsion ipsilateral noch signifikant erhöht mit 1/Gf in der ML (p<0,005), kontralateral betrugen sie in der ML 0,2/Gf. In der GCL gab es ipsilateral 0,1/Gf, kontralateral 0,1/Gf proliferierende Astrozyten.
100 Tage nach Läsion waren alle Werte in etwa auf Kontrollenniveau: Ipsilaterale ML 0,3/Gf und GCL 0/Gf; kontralaterale ML 0,2/Gf und GCL 0,1/Gf.
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Der Labeling Index der Astrozyten
LI= n(GFAP+BrdU+) / n(GFAP+)
war drei Tage nach Läsion in der ipsilateralen OML noch relativ niedrig mit 7,3%; 5,0% in der ipsilateralen IML (gesamte ML: 6,7%) und 4,9% in der kontralateralen ML (s. Abb. 20c). Die GCL zeigte einen LI von 3,8% ipsi- und von 3,7% kontralateral.
Sieben Tage nach Läsion war der LI maximal. Bei der ipsilateralen OML war der Wert auf 19,8% angestiegen, in der ipsilateralen IML auf 16,7% (Gesamt-ML: 19,4%). Die kontralaterale ML hatte einen LI von 13,9%. Die LI-Werte der GCL waren ebenfalls angestiegen, auf 13,8% (ipsilateral) bzw. 12,4 (kontralateral).
Zehn Tage nach Läsion konnte man schon einen Rückgang beobachten: der LI der ipsilateralen ML ging auf 5,7% zurück (ipsilaterale OML: LI=7,4%), kontralateral auf 1,8%. Die ipsilaterale IML hatte einen LI von 2,8%. Die Werte für die GCL beliefen sich auf ipsilateral 2,6% und kontralateral 1,8%.
30 Tage nach Läsion erreichte der LI der ipsilateralen OML einen Wert von 2,5%, einen Wert von 1,7% in der ipsilateralen und 0,4% in der kontralateralen ML. Hingegen ergaben sich für die GCL Labeling indices von 0,8% ipsi- und 0,8% kontralateral.
100 Tage nach Läsion unterschieden sich die LI-Werte kaum noch von den Ergebnissen der scheinoperierten Kontrolltiere (links ML 0,5%, GCL 0,1% und rechts ML 0,6%, GCL 0,4%). Im Langzeitstadium waren nur 0,8% (ML ipsilateral), 0,4% (ML kontralateral), 0% (GCL ipsilateral) und 0,5% (GCL kontralateral) der Zellen BrdU-positiv.
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Drei Tage nach Läsion ergab der Quotient aus den ipsilateralen und kontralateralen Werten doppelgefärbter, d.h. BrdU-positiver Astrozyten in der ML 1,7, der der GCL 1. Somit war z.B. die Anzahl proliferierender Zellen in der ipsilateralen ML 1,7-fach höher als auf der kontralateralen Seite.
Sieben Tage nach Läsion wurde analog eine 2,1-fache Erhöhung der Anzahl proliferierender Zellen in der ipsilateralen ML verglichen mit kontralateral errechnet. In der GCL ergab sich dagegen ein Wert von 0,9. Das bedeutet, daß ipsilateral, verglichen mit kontralateral, weniger proliferierende Zellen zu finden waren.
Zehn Tage nach Läsion ergab sich für die ML ein Wert von 4,4, für die GCL 1,5. Für 30 Tage nach Läsion ergaben sich Werte von 6,0 (ML) und 1 (GCL). 100 Tage nach Läsion für die ML 1,8, und für die GCL ein Wert von 0. Bei den Kontrolltieren ließ sich ein Quotient aus den erhaltenen Werten links geteilt durch rechts von 0,9 (ML) bzw. 0,3 (GCL) errechnen.
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Abb. 20: Statistische Auswertung der Zellzahlen und Proliferationsraten von Astrozyten in den Molekularschichten (ML) und Körnerzellschichten (GCL) beider Hirnhemisphären. a: Astrozytenzellzahlen. b: Anzahlen BrdU-positiver, also doppelgefärbter Astrozyten. c: Labeling indices, ermittelt durch die Anzahlen BrdU-positiver Astrozyten dividiert durch die Gesamtzellzahlen von Astrozyten. Sternchen auf den Säulen repräsentieren die Signifikanz der Daten, im Vergleich mit den Kontrollwerten (* = p < 0,05; ** = p < 0,005).

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