AG Experimentelle Tiefenhirnstimulation

Die AG Experimentelle Tiefenhirnstimulation (Leiterin: Dr. med. Mareike Fauser) befasst sich vorrangig mit den Wirkungen und der Wirkweise einer Tiefenhirnstimulation im Parkinsonmodell. Unser Ziel ist es, dieses in der klinischen Anwendung seit Jahrzehnten verfügbare Verfahren besser zu charakterisieren und dadurch zukünftig zu einer Optimierung der Tiefenhirnstimulation bei Parkinsonpatienten beizutragen.

Das Idiopathische Parkinsonsyndrom ist eine der häufigsten neurodegenerativen Erkrankungen mit einer Prävalenz von ca. 100 pro 100.000 in der Altersgruppe bis 60 Jahre, welche jedoch bei den über 80jährigen bereits auf ca. 3.000 pro 100.000 ansteigt. Es präsentiert sich klinisch klassischerweise mit der Trias aus (Ruhe-)Tremor (=Zittern), Rigor (= Muskelsteifigkeit) und Bradykinese (= allgemeiner Bewegungsverlangsamung). In den letzten Jahren und Jahrzehnten zeigte sich jedoch zunehmend, dass auch sogenannte nicht-motorische Symptome eine wesentliche Rolle insbesondere für die Lebensqualität der Patienten spielen. Bestimmte nicht-motorische Symptome (bspw. Riechstörungen und die REM-Schlaf-Verhaltensstörung) können sogar vor Beginn der motorischen Symptomatik auftreten. Bislang sind die verfügbaren Therapieverfahren ausschließlich symptomatischer Natur, eine Krankheitsmodifikation ist nicht möglich. Die Tiefenhirnstimulation (THS) bei Parkinsonpatienten kommt bislang vorrangig im mittleren bis späten Krankheitsstadium zum Einsatz, wenn medikamentöse Therapieansätze nicht mehr zu einer ausreichenden Symptomlinderung führen, könnte jedoch das Potential besitzen, auch frühzeitig auftretende nicht-motorische Symptome abzuschwächen.

In unserer Arbeitsgruppe beschäftigen wir uns aktuell mit der Wirkung der THS auf die zelluläre Plastizität, wobei wir sowohl den Einfluss auf verschiedene dopaminerge Systeme als auch auf die adulte Neurogenese in einem etablierten Hemiparkinsonmodell untersuchen. Uns interessiert hier besonders der potentielle Zusammenhang zwischen zellulärer Plastizität und nicht-motorischen Symptomen der Parkinsonerkrankung. Zudem interessieren wir uns für den Einfluss einer THS auf die Expression trophischer Faktoren in bestimmten Gehirnarealen. Verifiziert werden diese Daten zusätzlich mittels in vitro Untersuchungen an neuronalen Stammzellen.

Im Rahmen des Sonderforschungsbereichs „ELAINE – ELektrisch Aktive ImplaNtatE“ arbeiten wir an der technischen Optimierung präklinischer Stimulationssysteme (Teilprojekt C04; Förderung durch die Deutsche Forschungsgesellschaft III/2017-II/2021), um perspektivisch auch in experimentellen Modellen mit vollimplantierbaren Stimulationssystemen arbeiten zu können(in Zusammenarbeit mit dem Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik, Prof. Dirk Timmermann). Mit diesen lassen sich funktionelle Einflüsse deutlich besser untersuchen als mit bislang verfügbaren externen Stimulatoren. Zusätzlich untersuchen wir im Rahmen des Konsortiums mit Kollegen der Elektrotechnik (Institut für Allgemeine Elektrotechnik, Lehrstuhl für Theoretische Elektrotechnik, Prof. Ursula van Rienen) die Feldverteilung sowie potentielle Einflüsse des Elektrodenmaterials und des Stimulationsmodus auf die Effekte der THS.

Leitung der Arbeitsgruppe

Frau Dr. med. Mareike Fauser

Apparative Ausstattung (Auswahl):

  • Digitaler zweiarmiger Stereotaxie-Rahmen von Stoelting Neuroscience
  • Forschungskryostat /Kryomikrotome CM3050S von Leica *
  • Hochauflösendes Fluoreszenzmikroskop AxioObserver.Z1 mit Apotome von Zeiss

* kofinanziert von der Europäischen Union aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung

Literatur

  1. Fauser M, Weselek G, Hauptmann C, Markert F, Gerlach M, Hermann A, Storch A.  „Catecholaminergic innervation of periventricular neurogenic regions of the developing mouse brain”. In: Front Neuroanat 14 (2020).
  2. Weselek G, Keiner S, Fauser M, Wagenführ L, Müller J, Kaltschmidt B, Brandt MD, Gerlach M, Redecker C, Hermann A, and Storch A. “Norepinephrine is a negative regulator of the adult periventricular neural stem cell niche”. In: Stem Cells 38.9 (2020), pp. 1188–201.
  3. Schneider CB, Donix M, Linse K, Werner A, Fauser M, Klingelhoefer L, Löhle M, von Kummer R, Reichmann H; LANDSCAPE consortium, Storch A. “Am J Alzheimers Dis Other Demen. 32.6 (2017), pp. 313-319.
  4. Ossig C, Sippel D, Fauser M, Gandor F, Jost WH, Ebersbach G, Storch A. Timing and Kinetics of Nonmotor Fluctuations in Advanced Parkinson's Disease. In: J Parkinsons Dis. 7.2 (2017), pp. 325-330.
  5. Thurm F, Schuck NW, Fauser M, Doeller CF, Stankevich Y, Evens R, Riedel O,Storch A, Lueken U, and Li SC. “Dopamine modulation of spatial navigation memory in Parkinson’s disease”. In: Neurobiol Aging 38 (2016), pp. 93–103.
  6. Fauser M, Löhle M, Ebersbach G, Odin P, Fuchs G, Jost WH, Chaudhuri KR, Koch R, NoMoFlu-PD study group, and StorchA. “Intraindividual Variability of Nonmotor Fluctuations in Advanced Parkinson’s Disease”. In:J Parkinsons Dis 5.4 (2015),pp. 737–741.
  7. Müller J, Ossig C, Greiner JF, Hauser S, Fauser M, Widera D, Kaltschmidt C, Storch A, and Kaltschmidt B. “Intrastriatal transplantation of adult human neural crest-derived stem cells improves functional outcome in parkinsonian rats”. In: Stem Cells Transl Med 4.1 (2015), pp. 31–43.
  8. Wolz M, Hauschild J, Koy J, Fauser M, Klingelhöfer L, Schackert G, Reichmann H, and Storch A. “Immediate effects of deep brain stimulation of the subthalamic nucleus on nonmotor symptoms in Parkinson’s disease”. In: Parkinsonism Relat Disord 18.8 (2012), pp. 994–997.
  9. Hermann A, Suess C, Fauser M, Kanzler S, Witt M, Fabel K, Schwarz J, Höglinger GU, and Storch A. “Rostro-caudal gradual loss of cellular diversity within the periventricular regions of the ventricular system”. In: Stem Cells 27.4 (2009), pp. 928–941.

Dopaminerge Plastizität

Abbildung 1: Einfluss einer Tiefenhirnstimulation im Nucleus subthalamicus (STN) bzw. einer SHAM-(Schein-)Stimulation auf die Anzahl dopaminerger (Dopamin produzierender) Neurone im Mittelhirn in einem Hemiparkinsonmodell (immunhistochemische Färbung der Tyrosinhydroxylase mittels DAB) auf der läsionierten und nicht-läsionierten Hemisphäre (a,b) in der Substantia nigra pars compacta (SNpc; c, d) und dem ventralen tegmentalen Areal (VTA; e, f).

Neurogenese im Bulbus olfactorius:

Abbildung 2: Einfluss einer Tiefenhirnstimulation im Nucleus subthalamicus (STN) und Globus pallidus pars interna (GPI) bzw. einer SHAM-(Schein-)Stimulation auf die Neubildung von Nervenzellen in der granulären Zone des Bulbus olfactorius (Riechkolben), nachgewiesen mittels Inkorporation von Thymidinanaloga, welche zu unterschiedlichen Zeitpunkten nach Stimulationsbeginn verabreicht wurden (IdU = Iododeoxyuridin; CldU = Chlorodeoxyuridin). Zellkerne wurden mittels 4′,6-Diamidin-2-phenylindol (DAPI) blau markiert.

Mitglieder:

Dr. med. Mareike Fauser (Junior-Gruppenleiterin)

Dipl. Biol. Francia Molina (Wissenschaftliche Mitarbeiterin)

Uta Naumann (Veterinäringenieurin)

M.Sc. Maria Kober (PhD Studentin)

M.Sc. Jennifer Käthner (PhD Studentin)

B. Sc. Nikolai Weis (Masterstudent)

Franziska Backhaus (med. Doktorandin)

Felix Bernsdorff (med. Doktorand)

Charlotte Helf (med. Doktorandin)

Martin Nüssel (med. Doktorand)

Leonie Overhoff (med. Doktorandin)

Maximilian Steinigk (med. Doktorand)

 

Ehemalige Mitglieder:

Dr. rer. nat. Kathrin Badstübner-Meeske

Dr. med. Manuel Ricken