Elektrophysiologische Analyse der Neurogenese humaner Neurone des Mittelhirns aus neuralen Stammzellen

Hintergrund: Humane mesenzephale neurale Stammzellen können in vitro expandiert und in reife Neurone ausdifferenziert werden. Dieses Gewebe wird neue Möglichkeiten in der Therapie des Morbus Parkinson eröffnen. Detaillierte Charakterisierungen der neuralen Stammzellen und deren Entwicklung in Neurone sind notwendig.

Methoden: Neurale Stammzellen wurden in der Gegenwart von EGF, FGF und NT3 (20 ng/ml jeweils) als Mitogene expandiert und prä-neuronale Zellen durch Antikörper gegen eNCAM und magnetische Zellsortierung (MACS) isoliert. Die Differenzierung erfolgte durch Weglassen der Mitogene und Zugabe von Forskolin (10µM) und N2 (1%). Wir haben Ganzzellableitungen neuraler Vorläuferzellen mit der Patch-Clamp-Technik durchgeführt, um den elektrophysiologischen Phänotyp während der In-vitro-Differenzierung zu bestimmen.

Ergebnisse: Humane mesenzephale neurale Vorläuferzellen besitzen TEA-sensitive Kaliumkanäle und TTX-sensitive Natriumkanäle. Im Verlauf der Neurogenese (1–4 Wochen) in vitro nehmen die mittleren Maximalamplituden von Kaliumströmen (832 pA-1749 pA) und Natriumströmen (59 pA-732 pA) deutlich zu. Nach 3 und 4 Wochen Differenzierung in vitro zeigten 23% bzw. 47% der untersuchten Zellen einzelne Aktionspotenziale nach Depolarisationen. Differenzierte Vorläuferzellen expremieren funktionale GABAA-Rezeptoren (69%) und ionotrope Glutamat-Rezeptoren (50%).

Schlussfolgerung: Diese Daten zeigen, dass humane neurale Stammzellen des Mittelhirns innerhalb von ca. 3–4 Wochen in vitro in funktionale Neurone ausdifferenzieren können. Zukünftige Studien müssen zeigen, ob die Neurogenese z.B. durch die Zugabe bestimmter Faktoren beschleunigt werden kann.