Neuritenwachstum in vitro durch BDNF und GDNF in Kombination mit Dexamethason auf kultivierte Spiralganglienzellen[*]

Zusammenfassung

Hintergrund: Die Effektivität der Cochlea-Implantatversorgung hängt neben vielen anderen Faktoren von der Anzahl der erregbaren Spiralganglienzellen (SGZ) sowie dem Nerv-Elektroden-Interface ab. Frühere Studien konnten für neurotrophe Faktoren im Tierversuch den Nachweis eines verbesserten SGZ-Überlebens nach experimentell induzierter Ertaubung erbringen. Glukokortikoide (z. B. Dexamethason) sind aufgrund ihrer anti-inflammatorischen und anti-proliferativen Wirkung potenziell interessante Pharmaka, um die Bindegewebsneubildung um den Elektrodenträger in der Cochlea zu unterdrücken. Die biologischen Effekte einer kombinierten Intervention von neurotrophen Faktoren und Steroiden auf SGZ sind bisher unbekannt. Ziel unserer Untersuchung war es daher, mögliche trophische oder toxische Effekte von BDNF (brain-derived neurotrophic factor), GDNF (glial cell line-derived neurotrophic factor) und Dexamethason auf das Neuritenwachstum kultivierter SGZ zu untersuchen. Methode: Mittels Kultivierung isolierter postnataler Spiralganglienzellen (p3 - 5) wurde in der vorliegenden Studie der Einfluss der genannten Faktoren in verschiedenen Konzentrationen und Kombinationen auf das Auswachsverhalten von Spiralganglienzellneuriten untersucht. Ergebnisse: Unsere Ergebnisse zeigen ein signifikantes Aussprossen der SGZ-Neuriten nach alleiniger BDNF-Gabe (50 ng/ml), aber auch für die kombinierte Gabe von BDNF mit Dexamethason (100 ng/ml). Die alleinige Applikation von GDNF oder Dexamethason in unterschiedlichen Konzentrationen bewirkte dagegen keine signifikante Veränderung des Neuritenauswachsverhaltens im Vergleich zur Kontrollgruppe. Schlussfolgerung: Eine Reduktion des durch neurotrophe Faktoren induzierten Neuritenwachstums durch gleichzeitige Gabe von Dexamethason konnte nicht beobachtet werden. Die vorgestellten Ergebnisse stellen damit die Grundlage weitergehender Untersuchungen im Tiermodell dar.

Abstract

Background: The efficacy of cochlear implant performance depends, among many other factors, on the number of excitable spiral ganglion cells (SGCs) and the nerve-electrode interface. In earlier animal studies it has been demonstrated that neurotrophic factors are effective to improve SGC survival after experimentally induced deafness. With regard to their anti-inflammatoric and anti-proliferative effects, glucocorticoids (e. g. dexamethasone) are potentially interesting therapeutic agents to reduce connective tissue formation around the inserted electrode. The biological effects of a combined intervention of neurotrophic factors with steroids on SGCs are unknown. Therefore the objective of the study was to investigate possible trophic or even toxic effects of brain-derived neurotrophic factor (BDNF), glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF) and dexamethasone on neurite outgrowth of cultivated SGCs. Methods: By using dissociated postnatal spiral ganglion cells (p3 - 5) for cultivation in the present study, the influence of the mentioned factors in various concentrations and combinations on neurite outgrowth of SGCs was analysed. Results: Our results indicate significant trophic effects for BDNF (50 ng/ml) and a combination of BDNF with dexamethasone (100 ng/ml) on SGC neurite outgrowth. In contrast, single application of GDNF or dexamethasone in different concentrations caused no significant changes on neurite outgrowth when compared to the control condition. Conclusions: Neurite outgrowth induced by neurotrophic factors could not be observed to be reduced when dexamethasone is given at the same time. Therefore the demonstrated results provide a basis for further animal studies in this field of research.

Spiralganglion - SGZ - neurotropher Faktor - BDNF - GDNF - Dexamethason

spiral ganglion - SGC - neurotrophic factor - BDNF - GDNF - dexamethasone

Literatur

• 1 Altschuler R A, Cho Y, Ylikoski J, Pirvola U, Magal E, Miller J M. Rescue and regrowth of sensory nerves following deafferentation by neurotrophic factors.  Ann N Y Acad Sci. 1999;  884 305-311
• 2 Gantz B J, Woodworth G G, Knutson J F, Abbas P J, Tyler R S. Multivariate predictors of audiological success with multichannel cochlear implants.  Ann Otol Rhinol Laryngol. 1993;  102 906-916
• 3 Miller J M, Chi D H, O’Keeffe L J, Kruszka P, Raphael Y, Altschuler R A. Neurotrophins can enhance spiral ganglion cell survival after inner hair cell loss.  Int J Dev Neurosci. 1997;  15 631-643
• 4 Kuang R, Hever G, Zajic G, Yan Q, Collins F, Louis J C. et al . Glial cell line-derived neurotrophic factor. Potential for otoprotection.  Ann N Y Acad Sci. 1999;  884 270-291
• 5 Ylikoski J, Pirvola U, Virkkala J, Suvanto P, Liang X Q, Magal E. et al . Guinea pig auditory neurons are protected by glial cell line-derived growth factor from degeneration after noise trauma.  Hear Res. 1998;  124 17-26
• 6 Shoji F, Miller A L, Mitchell A, Yamasoba T, Altschuler R A, Miller J M. Differential protective effects of neurotrophins in the attenuation of noise-induced hair cell loss.  Hear Res. 2000;  146 134-142
• 7 Shoji F, Yamasoba T, Magal E, Dolan D F, Altschuler R A, Miller J M. Glial cell line-derived neurotrophic factor has a dose dependent influence on noise-induced hearing loss in the guinea pig cochlea.  Hear Res. 2000;  142 41-55
• 8 Staecker H, Kopke R, Malgrange B, Lefebvre P, Van de Water T R. NT-3 and/or BDNF therapy prevents loss of auditory neurons following loss of hair cells.  Neuroreport. 1996;  7 889-894
• 9 Hegarty J L, Kay A R, Green S H. Trophic support of cultured spiral ganglion neurons by depolarization exceeds and is additive with that by neurotrophins or cAMP and requires elevation of [Ca2+]I within a set range.  J Neurosci. 1997;  17 1959-1970
• 10 Gillespie L N, Clark G M, Marzella P L. Delayed neurotrophin treatment supports auditory neuron survival in deaf guinea pigs.  Neuroreport. 2004;  15 1121-1125
• 11 Qun L X, Pirvola U, Saarma M, Ylikoski J. Neurotrophic factors in the auditory periphery.  Ann N Y Acad Sci. 1999;  884 292-304
• 12 Malgrange B, Lefebvre P, Van de Water T R, Staecker H, Moonen G. Effects of neurotrophins on early auditory neurones in cell culture.  Neuroreport. 1996;  7 913-917
• 13 Mou K, Hunsberger C L, Cleary J M, Davis R L. Synergistic effects of BDNF and NT-3 on postnatal spiral ganglion neurons.  J Comp Neurol. 1997;  386 529-539
• 14 Aletsee C, Volter C, Brors D, Ryan A F, Dazert S. Die Wirkung von Fibroblastenwachstumsfaktor-1 (FGF-1) auf Spiralganglienzellen der Säugetiercochlea.  HNO. 2000;  48 457-461
• 15 Aletsee C, Brors D, Mlynski R, Ryan A F, Dazert S. Branching of spiral ganglion neurites is induced by focal application of fibroblast growth factor-1.  Laryngoscope. 2003;  113 791-796
• 16 Cesarani A, Capobianco S, Soi D, Giuliano D A, Alpini D. Intratympanic dexamethasone treatment for control of subjective idiopathic tinnitus: Our clinical experience.  Int Tinnitus J. 2002;  8 111-114
• 17 Parnes L S, Sun A H, Freeman D J. Corticosteroid pharmacokinetics in the inner ear fluids: an animal study followed by clinical application.  Laryngoscope. 1999 Jul;  109 1-17
• 18 Takemura K, Komeda M, Yagi M, Himeno C, Izumikawa M, Doi T. et al . Direct inner ear infusion of dexamethasone attenuates noise-induced trauma in guinea pig.  Hear Res. 2004;  196 58-68
• 19 Himeno C, Komeda M, Izumikawa M, Takemura K, Yagi M, Weiping Y. et al . Intra-cochlear administration of dexamethasone attenuates aminoglycoside ototoxicity in the guinea pig.  Hear Res. 2002;  167 61-70
• 20 Wefstaedt P, Scheper V, Lenarz T, Stöver T. BDNF/GDNF survival effects on auditory neurons are not limited by dexamethasone.  Neuroreport. 2005;  16 2011-2014
• 21 Lefebvre P P, Van de Water T R, Weber T, Rogister B, Moonen G. Growth factor interactions in cultures of dissociated adult acoustic ganglia: neuronotrophic effects.  Brain Res. 1991;  567 306-312
• 22 Gillespie L N, Clark G M, Bartlett P F, Marzella P L. LIF is more potent than BDNF in promoting neurite outgrowth of mammalian auditory neurons in vitro.  Neuroreport. 2001;  12 275-279
• 23 Marzella P L, Gillespie L N, Clark G M, Bartlett P F, Kilpatrick T J. The neurotrophins act synergistically with LIF and members of the TGF-beta superfamily to promote the survival of spiral ganglia neurons in vitro.  Hear Res. 1999;  138 73-80
• 24 Hartnick C J, Staecker H, Malgrange B, Lefebvre P P, Liu W, Moonen G, Van de Water T R. Neurotrophic effects of BDNF and CNTF, alone and in combination, on postnatal day 5 rat acoustic ganglion neurons.  J Neurobiol. 1996;  30 246-254
• 25 Lefebvre P P, Malgrange B, Staecker H, Moghadass M, Van de Water T R, Moonen G. Neurotrophins affect survival and neuritogenesis by adult injured auditory neurons in vitro.  Neuroreport. 1994;  5 865-868
• 26 Vellucci S V, Parrott R F, Mimmack M L. Chronic dexamethasone-treatment alters mineralocorticoid receptor, truncated trkB and selected glutamate receptor subunit mRNA expression in the porcine hippocampus.  Neuropeptides. 2002;  36 291-298

1 Die Autoren danken der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für ihre Projektunterstützung (SFB 599, Teilprojekt D2).