Untersuchungen zur Reifung physiologischer, morphologischer und molekularer Eigenschaften cortikaler Neurone in Anwesenheit und Abwesenheit von Spontanaktivität

Der Autor untersucht in dieser Arbeit die Reifung von Nervenzellen der Großhirnrinde unter verschiedenen experimentellen Bedingungen. Als Modell für die sich entwickelnde Großhirnrinde wurden organotypische Schnittkulturen aus dem visuellen Kortex neugeborener Ratten angelegt und bis zu 200 Tage kultiviert. Intrazelluläre Einzelzellableitungen zeigten, dass sich in diesen Kulturen ein spontanaktives Netzwerk erregender und hemmender Nervenzellen bildet. Einzelzellrekonstruktionen der abgeleiteten Zellen ergaben, dass sowohl die erregenden Pyramidenzellen als auch die hemmenden Interneurone morphologisch nicht von Nervenzellen gleich alter Tiere unterscheidbar waren. Entsprechend der Situation in vivo korrelierten bestimmte morphologische und physiologische Parameter, es fanden sich also regulär feuernde Pyramidenzellen und schnell feuernde Interneurone. Eine Blockade der Spontanaktivität während der Entwicklung beeinträchtigte nicht die morphologische Reifung der Nervenzellen. Physiologisch konnten jedoch nach der Blockade in Pyramidenzellen sowie in Interneuronen epilepsieartige Spontanentladungsmuster nachgewiesen werden. Diese wurden wahrscheinlich durch einen Verlust der Eigenschaft in Interneuronen, schnelle Aktionspotentiale generieren zu können, verursacht. Molekularbiologische Untersuchungen ergaben, dass der Verlust dieser Fähigkeit durch den Expressionsausfall des interneuron-typischen spannungsabhängigen Kaliumkanals Kv3.1b verursacht wird. Drei bis fünf Tage nach Absetzen der Blockade verschwanden die epileptiformen Entladungsmuster, und das kortikale Netzwerk regelte seinen Erregungszustand selbständig in einen nicht-pathologischen Bereich zurück. Abschließend zeigt sich also, dass organotypische Hirnschnittkulturen ein ideales Substrat zur Analyse der kortikalen Entwicklung unter definierten, leicht zu manipulierenden Bedingungen darstellen. In den Kulturen bildet sich ein spontanaktives Netzwerk wohlbalancierter Erregung und Hemmung, und dieses Netzwerk ist in der Lage, sich nach langfristigen Störungen durch Blockade eigenständig erneut auf einen wohlbalancierten Erregungszustand einzuregeln.