Die Parkinson-Krankheit (PD) ist eine häufige neurodegenerative Erkrankung, die neben anderen Symptomen zu einem fortschreitenden motorischen und kognitiven Verfall führt. Über 200 Jahre sind seit seiner Entdeckung vergangen, und dennoch sind krankheitsmodifizierende Therapieansätze schwer fassbar, was Millionen von Patienten und Betreuern auf der ganzen Welt eine erhebliche Belastung darstellt. Molekularbiologische Standardtechniken reichen nicht mehr aus, um diese Krankheit zu untersuchen, und daher ist es wichtig, dass wir als Forschungsgemeinschaft klare und reproduzierbare Methoden entwickeln, die die Forschung auf diesem Gebiet beschleunigen können. Aus diesem Grund haben wir diese Methodensammlung erstellt, die Artikel umfasst, die fortgeschrittene Methoden von In-vitro - bis hin zu In-vivo-Techniken umfassen und dazu beitragen können, Fragen im Zusammenhang mit der Pathophysiologie der Parkinson-Krankheit zu beantworten. Diese Sammlung stellt verschiedene in vitro und in vivo Techniken vor, die es Forschern ermöglichen, die Pathophysiologie der Parkinson zu untersuchen und therapeutische Linderung zu erforschen.
Mitochondriale Dysfunktion wurde in der Literatur umfassend mit der Parkinson-Krankheit in Verbindung gebracht 1,2,3,4. Dies hat zu intensiven Forschungen über die Biologie, Morphologie und Funktion der Mitochondrien in verschiedenen Parkinson-Modellen geführt. Die Seepferdchen-Technologie ist weit verbreitet, um die mitochondriale Funktion zu untersuchen 1,5: Diese Technologie misst den Sauerstoffverbrauch über mehrere Sensoren nach der sequentiellen Zugabe verschiedener Inhibitoren oder Aktivatoren der mitochondrialen Atmung. Die In-vivo-Anwendung dieser Technologie war eine Herausforderung, da diese Technik ursprünglich für Zellkulturanwendungen entwickelt wurde. In dieser Methodensammlung stellten Zhi et al. eine 24-Plex-Methode zur Bewertung der mitochondrialen Atmung in striatalen Hirnschnittenvor 6. In diesem Artikel wenden sie ihre Methode auf junge und gealterte Pink1-/- und Wildtyp-Mäuse an und zeigen, dass der basale Sauerstoffverbrauch bei Pink1-/- gealterten Mäusen reduziert ist. Ihre Methode wird es Parkinson-Forschern ermöglichen, den Sauerstoffverbrauch in ihren Modellen zu bewerten, und eine Plattform für die In-vivo-Bewertung der mitochondrialen Dysfunktion bei Parkinson6 bieten. Ebenso zeigen Ciceri et al., dass die Morphologie der Mitochondrien in postmortalen Mausgewebeschnitten beurteilt werden kann7. Mehrere Studien deuten darauf hin, dass eine abnormale mitochondriale Morphologie mit einer funktionellen Dysregulation im Zusammenhang mit PDkorreliert 1,4,5, so dass die Bewertung der mitochondrialen Morphologie in solchen Gewebeschnitten eine weit verbreitete Bewertung der mitochondrialen Gesundheit ohne die Verwendung spezifischer transgener Modelle ermöglichen wird.
Der dopaminerge neuronale Verlust in der Substantia nigra pars compacta (SNc) ist nach wie vor einer der goldenen Standards für die Entwicklung von Parkinson-Nagetiermodellen8. Ebenso bleibt ihre Reduktion einer der aktuellen goldenen Standards für therapeutische Behandlungen der Parkinson-Krankheit8. Die Quantifizierung von Tyrosinhydroxylase-positiven (TH+) Neuronen ist daher eine wesentliche Technik für translationale und präklinische Forschungslaboratorien. Die unvoreingenommene Stereologie ist die bevorzugte Technik für die Quantifizierung von TH+-Neuronen, und sie ist nicht nur mühsam und zeitaufwändig, sondern auch für Labore mit geringerem Budget oft nicht zugänglich, da sie den Einsatz teurer proprietärer Software erfordert. In ihrem Artikel beschreiben O'Hara et al. ein Schritt-für-Schritt-Protokoll zur Beurteilung von TH+-Neuronen, das Reduktionen in dieser Neuronalpopulation nachweisen kann, die mit denen der unvoreingenommenen Stereologie vergleichbar sind9. Schließlich zeigen sie auch, dass sie in einem SNCA-transgenen Modell eine Reduktion dieser neuronalen Population nachweisen können9. Zusammen wird diese Forschung mehrere Laboratorien in die Lage versetzen, Parkinson-Modelle zu untersuchen, um das Potenzial von Behandlungen zur Reduzierung oder Erhöhung dieser neuronalen Population zu bewerten.
Die Technologie der induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSC) bietet einzigartige Möglichkeiten für die Modellierung menschlicher Krankheiten10. Differenzierungsprotokolle für eine Vielzahl von Zelltypen sind weit verbreitet und werden von der Forschungsgemeinschaft verwendet, um Krankheiten zu modellieren. Dies war besonders wichtig für die neurodegenerative Forschung, da sie aufgrund der Art des betroffenen Gewebes keinen direkten Zugang zu Biopsiematerial hat. Obwohl wir aus iPSC-abgeleiteten Zellkulturen gelernt haben, leiden diese Kulturen unter einer erheblichen Variabilität: Die standortübergreifende Reproduzierbarkeit in iPSC-basierten molekularen Experimenten ist schlecht, und daher sind Qualitätskontrolle und strenge Protokolle für die Differenzierung von iPSC von entscheidender Bedeutung, und schließlich sind kollaborative Studien erforderlich, um systematische Verzerrungen zur Verbesserung der Reproduzierbarkeit aufzudecken11. Dies unterstreicht den Bedarf an robusten Protokollen mit exquisiter Liebe zum Detail für die Entwicklung dieser Kulturen und die Messung der damit verbundenen Phänotypen. In dieser Methodensammlung stellen Crompton et al. ein Protokoll vor, um reproduzierbare ventrale Mittelhirn-Astrozyten zu produzieren, die für das neuronale Überleben von TH+ essentiell sind12. Diese Zellen sind auch eng mit der Pathophysiologie von PD 12,13,14 verbunden und stellen daher gute Kandidaten für die In-vitro-Studie von Krankheitsmodifikatoren dar. In ähnlicher Weise haben Roberts et al. ein effizientes, robustes und skalierbares Protokoll für die Phagozytose von zellulärem Material durch iPSC-abgeleitete Makrophagen entwickelt15. Zusammen werden diese beiden Artikel der Forschungsgemeinschaft helfen, indem sie robuste Modellierungsressourcen für Gliazellen bei Parkinson bereitstellen, die zu oft noch als Stützzellen verworfen werden. Diese Protokolle werden auch dem neuroinflammatorischen Aspekt der Parkinson-Krankheit die dringend benötigte Aufmerksamkeit schenken.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der größte ungedeckte Bedarf auf dem Gebiet der Parkinson-Krankheit nach wie vor der Mangel an krankheitsmodifizierenden Therapien für Parkinson-Patienten besteht, und so wird diese Artikelsammlung das Feld voranbringen, indem sie eine solide methodische Grundlage für mehrere hochrelevante Techniken für die Forschungsgemeinschaft bietet.