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Angesichts des dramatischen, weltweiten Anstiegs der Prävalenz von Demenzerkrankungen und der aktuellen, unzureichenden Therapieansätze ist die Bereitstellung neuer, wirkungsvoller Behandlungsoptionen von größter Bedeutung. Technologische, pharmakologische und verhaltensbasierte Verfahren des Memory Enhancement könnten zur Lösung dieses Problems beitragen: Hierzu zählt die Stammzelltransplantation, die in mehreren Tierstudien zu einer Verbesserung der Gedächtnisfunktion führte. Zudem wird seit Längerem an einer Impfung gegen die Alzheimer-Krankheit mittels β-Amyloid-Antikörpern geforscht. Ein weiterer therapeutischer Ansatz für die Alzheimer-Krankheit besteht in der optogenetischen Stimulation spezifischer hippocampaler Engramm-Zellen, durch die bei einem Maus-Modell verloren gegangene Erinnerungen wiederhergestellt werden konnten. Unkonventionelle Pharmazeutika wie Erythropoetin führten in Tierstudien und bei Patienten mit neuropsychiatrischen Erkrankungen zu einer Verbesserung der kognitiven Fähigkeiten und des Gedächtnisses. Eine Modifikation der Ernährung und der Einsatz von Pro- und Präbiotika beeinflussen das Gedächtnis über eine Manipulation der Darm-Hirn-Achse. Verhaltensbasierte Maßnahmen wie körperliche Aktivität und der Einsatz von Mnemotechniken stellen effektive Ansätze des Memory Enhancement dar, welche bereits heute von gesunden Individuen implementiert werden können. Für die Anwendung von Augmented Reality (AR) konnten kognitionsfördernde Wirkungen beim Lernen neuroanatomischer Themen und dem Zusammenbau von Objekten nachgewiesen werden. Besonders vielversprechend stellt sich die Entwicklung einer Gedächtnisprothese dar, durch die vergessene Informationen bei Personen mit stattgehabtem Schädel-Hirn-Trauma und apoplektischem Insult reaktiviert werden könnten. Memory Enhancement ist prinzipiell bereits heute bei gesunden und kranken Individuen anwendbar und verspricht wirksame zukünftige Präventions- und Therapieoptionen. Ein realer Einsatz in der klinischen Praxis ist in naher Zukunft jedoch noch nicht zu erwarten.
Background
The neuronal ceroid lipofuscinoses (CLN diseases) are fatal lysosomal storage diseases causing neurodegeneration in the CNS. We have previously shown that neuroinflammation comprising innate and adaptive immune reactions drives axonal damage and neuron loss in the CNS of palmitoyl protein thioesterase 1-deficient (Ppt1\(^{-/-}\)) mice, a model of the infantile form of the diseases (CLN1). Therefore, we here explore whether pharmacological targeting of innate immune cells modifies disease outcome in CLN1 mice.
Methods
We applied treatment with PLX3397 (150 ppm in the chow), a potent inhibitor of the colony stimulating factor-1 receptor (CSF-1R) to target innate immune cells in CLN1 mice. Experimental long-term treatment was non-invasively monitored by longitudinal optical coherence tomography and rotarod analysis, as well as analysis of visual acuity, myoclonic jerks, and survival. Treatment effects regarding neuroinflammation, neural damage, and neurodegeneration were subsequently analyzed by histology and immunohistochemistry.
Results
We show that PLX3397 treatment attenuates neuroinflammation in CLN1 mice by depleting pro-inflammatory microglia/macrophages. This leads to a reduction of T lymphocyte recruitment, an amelioration of axon damage and neuron loss in the retinotectal system, as well as reduced thinning of the inner retina and total brain atrophy. Accordingly, long-term treatment with the inhibitor also ameliorates clinical outcomes in CLN1 mice, such as impaired motor coordination, visual acuity, and myoclonic jerks. However, we detected a sex- and region-biased efficacy of CSF-1R inhibition, with male microglia/macrophages showing higher responsiveness toward depletion, especially in the gray matter of the CNS. This results in a better treatment outcome in male Ppt1\(^{-/-}\) mice regarding some histopathological and clinical readouts and reflects heterogeneity of innate immune reactions in the diseased CNS.
Conclusions
Our results demonstrate a detrimental impact of innate immune reactions in the CNS of CLN1 mice. These findings provide insights into CLN pathogenesis and may guide in the design of immunomodulatory treatment strategies.