Christine Irma Annikki Völker

• Im Jahre 2011 wurden erstmals neuronale Stammzellen (NSCs) im Nucleus Cochlearis (N.C.) der Ratte beschrieben (Rak et al. 2011). Um diese Zellen besser zu charakterisieren, war das Ziel der vorliegenden Arbeit, die NSCs des N.C. im Hinblick auf ihre Maturation und Interaktion in neuronalen Netzwerken sowie auf die Möglichkeiten nichtinvasiver Beeinflussung dieser Zellen zu untersuchen und diese mit primären Neuronen des N.C. zu vergleichen. Für die Untersuchungen waren intrazelluläre Calcium-Ionen (Ca2+) von besonderem Interesse, da diese überIm Jahre 2011 wurden erstmals neuronale Stammzellen (NSCs) im Nucleus Cochlearis (N.C.) der Ratte beschrieben (Rak et al. 2011). Um diese Zellen besser zu charakterisieren, war das Ziel der vorliegenden Arbeit, die NSCs des N.C. im Hinblick auf ihre Maturation und Interaktion in neuronalen Netzwerken sowie auf die Möglichkeiten nichtinvasiver Beeinflussung dieser Zellen zu untersuchen und diese mit primären Neuronen des N.C. zu vergleichen. Für die Untersuchungen waren intrazelluläre Calcium-Ionen (Ca2+) von besonderem Interesse, da diese über spannungsgesteuerte Ca2+-Kanäle (VGCCs) und deren Spontanoszillationen indirekt die Aktivität und Differenzierung der Neurone widerspiegeln könnten. Für die Analyse wurden N.C.s von P6 Ratten mikroskopisch präpariert und nach Dissoziation in Einzelzellen die NSCs für 8 Wochen in Stammzellmedium kultiviert oder direkt als primäre Neurone im Stammzellmedium ausplattiert. Zur Vorbereitung der Untersuchungen fand eine Kultivierung der jeweiligen Zellen für 4 Tage in Differenzierungsmedium statt. Anschließend wurden sie für Calcium-Imaging-Messungen mit dem Ca2+-sensitiven Fluorophor Oregon Green BAPTA-1 beladen. Zum einen wurde eine Analyse der Grundaktivitäten innerhalb der Zellareale und im neuronalen Netzwerk im Verlauf der Maturation durchgeführt. Zum anderen fand am Tag 4 der Zelldifferenzierung (DIF d4) eine Untersuchung der qualitativen und quantitativen Verteilung von VGCCs über die Zugabe der Ca2+-Kanalinhibitoren Nifedipin, ω-Conotoxin MVIIC, Kurtoxin und SNX-482 statt. In jedem Fall wurden die Zellen anschließend mit PFA fixiert und immunzytologisch untersucht. Zudem wurde eine Markierung der VGCCs mit dem Antikörper anti-Ca2+-Channel-(1 Subunit)-Pan vorgenommen. Innerhalb der Ergebnisse konnte eine Abhängigkeit der neuronalen Reifung von der Zellaktivität in Form von Ca2+-Strömen nachgewiesen werden. Hierfür zeigte sich ursächlich eine Variation im qualitativen und quantitativen Vorkommen von VGCCs und in ihrer Spontanaktivität innerhalb der Zellareale im Verlauf der neuronalen Maturation. NSCs zeigten ein ähnliches Verhalten wie primär kultivierte Neurone - sowohl bezüglich ihres Aktivitätsmusters während der Differenzierung als auch bezüglich ihrer Möglichkeit der Inhibierung, was auf eine ähnliche Expression von VGCCs hinweisen könnte. Die höchste Aktivität zeigte sich in beiden Fällen bei DIF d4. Die neurogene Nische, welche in der Literatur sowohl bei Ratten (Rak et al. 2011) als auch bei Mäusen (Volkenstein et al. 2013) im N.C. nachweisbar war, könnte somit zur Analysierung pathologischer Prozesse sowie auch zu deren Behandlung in Betracht gezogen werden. Zusammenfassend konnte in der vorliegenden Dissertation eine Charakterisierung des N.C. der Hörbahn in elektrophysiologischer und biochemischer Hinsicht erreicht werden. Die Ansätze dieser Arbeit könnten in Zukunft zu Therapieoptionen der Hörrehabilitation auf dieser Ebene beitragen.…
• Neural stem cells (NSCs) have been described in the cochlear nucleus (C.N.) of rats. The objective of this thesis was further characterize these cells with regard to their maturation and interaction in neural networks in comparison with primary neurons of the C.N. and the possibility of non-invasive influence by soluble factors. In this context, particular attention should be paid to the intracellular calcium ions as these could indirectly reflect the activity and differentiation of the neurons via voltage gated calcium channels (VGCCs) andNeural stem cells (NSCs) have been described in the cochlear nucleus (C.N.) of rats. The objective of this thesis was further characterize these cells with regard to their maturation and interaction in neural networks in comparison with primary neurons of the C.N. and the possibility of non-invasive influence by soluble factors. In this context, particular attention should be paid to the intracellular calcium ions as these could indirectly reflect the activity and differentiation of the neurons via voltage gated calcium channels (VGCCs) and their spontaneous oscillations. For analysis the C.N.s from p6 rats were microscopically prepared and after dissociation in single cells the NSCs were cultured in a neurosphere assay or plated directly as primary neurons. For calcium imaging measurements cells were loaded with the calcium sensitive fluorophore Oregon Green BAPTA-1. Spontaneous activities were analyzed within the cell areas and in neural networks during course of maturation. In addition, the qualitative and quantitative distribution of VGCCs was investigated by blocking the cells with the calcium channel inhibitors Nifedipine, ω-Conotoxin MVIIC, Kurtoxin and SNX-482. After calcium imaging analysis cells were fixed with paraformaldehyde and examined immunocytologically regarding to their status of differentiation. In addition, the VGCCs were marked by the antibody anti-calcium-channel-(1 subunit)-pan. A dependence of neural maturation on cell activity by calcium currents could be demonstrated. The reason for this was a variation in qualitative and quantitative occurrence of VGCCs and in their spontaneous activity within the cell areas in the course of neural maturation. Interestingly NSCs behaved similar to primary cultured neurons - both in their activity pattern and in their possibility of inhibition during differentiation, which indicates a similar expression of VGCCs. The highest activity in both cell types was found on day 4 of cell differentiation. In the presented thesis NSCs of the C.N. were further characterized by electrophysiological and biochemical investigations. The results could contribute to the development of new therapeutic strategies for hearing rehabilitation in the future.…