Einfluss fraktionierter Niedrig-Dosis-Bestrahlung auf Neuroinflammation im juvenilen und adulten Hippocampus

Abstract

Zielsetzung Bei einer Radiotherapie im Kopf-Hals-Bereich kommt es unbestreitbar zur Einwirkung von niedrigen Dosen im Bereich des Gehirns. Eine wichtige Region des Gehirns stellt der Hippo-campus dar, der durch die Fähigkeit zur adulten Neurogenese einen essentiellen Bestandteil der kognitiven Leistung erfüllt. Diese kognitive Leistung kann altersbedingt durch eine veränderte Neuroinflammation moduliert werden. Eine Untersuchung, der möglicherweise durch fraktio-nierte Niedrig-Dosis-Bestrahlung ausgelöste und sich chronifizierende Neuroinflammation im juvenilen und adulten Gyrus dentatus, ist in diesem Zusammenhang von hohem Interesse. Methode und Materialien Der Einfluss einer täglichen 100mGy Niedrig-Dosis-Bestrahlung auf die Neuroinflammation, wurde durch eine Quantifizierung von Iba-1+-Zellen im Bereich des Gyrus dentatus untersucht. Insgesamt wurden 82 C57BL6 Mäuse in diesem Versuchsaufbau untersucht, wobei jeweils die bestrahlten Gruppen den Bedingungen 5x 100mGy, 10x 100mGy, 15x 100mGy und 20x 100mGy ausgesetzt wurden. Die Gehirnentnahme erfolgte hierbei 72h nach Bestrahlungsende. Zusätzlich erfolgte nach fraktionierter Bestrahlung mit 20x 100mGy eine histologische Unter-suchung 1 Monat, 3 Monate und 6 Monate nach der letzten Strahlenexposition, um auch die Langzeitauswirkungen der fraktionierten Niedrig-Dosis-Strahlung auf die Neuroinflammation ermitteln zu können. Ergebnisse Sowohl für die juvenilen als auch für die adulten Versuchstiere gab es 72h nach 15x 100mGy und 20x 100mGy sowie 1 Monat nach 20x 100mGy einen signifikanten Anstieg der Iba-1+-Zellen im Bereich des Gyrus dentatus. Dabei war die Zahl der Iba-1+-Zellen tendenziell höher im Stratum granulare des Gyrus dentatus als in dessen Hilus. Ein signifikanter altersbedingter Anstieg der Iba-1+-Zellen im Gyrus dentatus war zusätzlich zu verzeichnen. Schlussfolgerung Fraktionierte Niedrig-Dosis-Bestrahlung führt zu einer signifikante Neuroinflammation sowohl im juvenilen als auch im adulten Hippocampus. Diese Neuroinflammation ist auch 1 Monat nach Bestrahlungsende noch deutlich detektierbar. Die Neuroinflammation scheint sich dabei auf das zellreiche Stratum granulare, anstatt auf den Hilus des Gyrus dentatus zu konzentrieren.

Purpose It is undeniable, that during radiation therapy of the head and neck area, the brain is exposed to low-dose radiation. An important region is surely the hippocampus, which, with his capacity of adult neurogenesis, fulfils an essential part of the cognitive performance. This cognitive perfor-mance can be modulated age-related by a changed neuroinflammation. It is for this reason that an investigation into possible low-dose-irradiation-induced and chronic neuroinflammation of the adult and juvenile dentate gyrus, is of great interest. Methods and Materials The influence of a daily 100mGy low-dose-irradiation, is monitored by quantification of Iba-1+cells in the dentate gyrus. In total, 82 C57BL6 mice were examined during this experimental setup, whereby the irradiated groups were exposed to 5x 100mGy, 10x 100mGy, 15x 100mGy and 20x 100mGy. Acquisition of the brain occurred 72h post-irradiation. Furthermore, to study the long-term effects of fractionated low-dose-irradiation on neuroinflammation, additional his-tological investigations were performed on 20x 100mGy cohorts 1 month, 3 months and 6 months past-irradiation. Results Juvenile, as well as, the adult mice, showed a significant increase in Iba-1+cells in the dentate gyrus after the conditions 15x 100mGy and 20x 100mGy, with investigation 72h post-irradia-tion, as well as 1 month after the condition 20x 100mGy. Thereby, the number of Iba-1+cells was tendentially higher in the stratum granulare of the dentate gyrus than in the corresponding hilus. Furthermore, a significant age-related increase of Iba-1+-cells in the dentate gyrus was detected. Conclusions Fractionated low-dose-irradiation causes significant neuroinflammation in the juvenile and adult hippocampi. This neuroinflammation is detectable even 1 month after irradiation. Evi-dently, the focus of the neuroinflammation seems to lie in the cell-rich stratum granulare rather than the corresponding hilus.