Die Entwicklung neuer Medikamente und Therapieverfahren wie die Hochdosischemotherapie und die Möglichkeit der Stammzelletransplantation haben die Heilungschance krebskranker Kinder in den letzen Jahrzehnten enorm verbessert. Aus diesem Grund erlangt die Berücksichtigung der Spätfolgen der Therapie eine größere Bedeutung. Es wurden die Zytostatika Cyclophosphamid und Thiotepa auf ihre Neurotoxizität im infantilen Rattengehirn untersucht. Dazu wurde Ratten im Alter von 7, 14, 21 oder 28 Tagen Cyclophosphamid (200-600mg/kg) oder Thiotepa (15-45 mg/kg) intraperitoneal injiziert. Nach einer Überlebenszeit von 4-24 Stunden wurden die Tiere getötet. Die Dichte degenerierter Zellen wurde lichtmikroskopisch in den nach De Olmos gefärbten Hirnschnitten mit Hilfe des stereologischen Dissektors ermittelt. Weiterhin wurden eine TUNEL-Färbung, elektronenmikroskopische sowie eine immunhistochemische Untersuchung für Caspase 3 und den Fas Rezeptor durchgeführt. Die Unterschiede zwischen den einzelnen Versuchsgruppen wurde mit Hilfe des Student`s t-Test auf ihre Signifikanz hin überprüft. Die Untersuchungen zur Zeit und Dosisabhängigkeit wurde mit Hilfe der ermittelten Gesamtscores und der Varianzanalyse (ANOVA) überprüft. Diese Untersuchung zeigte, dass eine Exposition mit den Zytostatika Cyclophosphamid und Thiotepa altersabhängig zu ausgeprägten Zellschädigungen im Gehirn führt. Besonders ausgeprägte Zelluntergänge fanden sich im Cortex, den thalamischen Kerngebieten, und dem Hippocampus. Ultrastrukturell ließen sich bereits kurz nach der Applikation des Zytostatikums anschwellende Dendriten als Hinweis auf einen exzitotoxischen Zelltodmechanismus nachweisen. Im Gegensatz dazu zeigten sich bei Tieren mit längerer Lebensdauer nach Exposition gegenüber dem Zytostatikum typische ultrastrukturelle Veränderungen wie man sie bei apoptotischem Zelltod finden kann. Mit dieser Untersuchung konnte gezeigt werden, dass die neurotoxische Wirkung der Zytostatika Cyclophosphamid und Thiotepa eine exzitotoxische und eine apoptotische Komponente aufweist. / Survival rates for children with cancer have increased dramatically over the past few decades. The expanded use of older agents, the development of new chemotherapeutic agents, the introduction of high dose chemotherapy and stem cell transplantation regimen have had a major impact on this improvement. These positive results have also focused increased attention on post-therapeutic effects of anticancer drugs. To investigate whether common cytotoxic drugs cause neurotoxic effects in the developing rat brain the following alkylated agents were administered to 7-day-old rats: cyclophosphamide (200–600mg/kg IP) and thiotepa (15– 45mg/kg IP). The brains were analysed at 4 to 24 hours. Quantitation of brain damage was performed in De Olmos cupric silver-stained sections using the stereological dissector method. Furthermore electron microscopy on plastic sections, TUNEL staining and immunohistochemistry for activated caspase 3 and Fas receptor was performed. Statistical analysis was performed by means of Student´s t test or one-way analysis of variance with subsequent pairwise comparison (Scheffé-test). Cytotoxic drugs produced widespread lesions within cortex, thalamus, hippocampal dentate gyrus, and caudate nucleus in a dose-dependent fashion. Early histological analysis demonstrated dendritic swelling and relative preservation of axonal terminals, which are morphological features indicating excitotoxicity. After longer survival periods, degenerating neurons displayed morphological features consistent with active cell death. These results demonstrate that anticancer drugs are potent neurotoxins in vivo; they activate excitotoxic mechanisms but also trigger active neuronal death.

Innerhalb des letzten Jahrzehnts wurde immer deutlicher, dass einwärts-gleichrichtende Kaliumkanäle (Kir) neben ihrer klassischen Rolle im Aufbau und der Konstanthaltung des Ruhemembranpotentials weitere zellspezifische Aufgaben erfüllen.In der vorliegenden Arbeit konnte mittels transgener Maustechnologie gezeigt werden, dass Kir4.1 früh postnatal zunächst Zellkörper-assoziiert auf Oligodendrozyten in der weißen Substanz des Rückenmarks exprimiert wird. Im weiteren Verlauf der Entwicklung kommt es zu einer Hochregulation der Proteinexpression auf perivaskulären und perineuralen astrozytären Fortsätzen in der grauen Substanz. Hier konnte die Kolokalisation von Kir4.1 und einem Wasserkanal (AQP4) auf astroglialen Endfüßen nachgewiesen werden. Das Kir4.1-Expressionsmuster im Rückenmark legt eine Rolle des Kanals in der Kaliumpufferung und möglicherweise in der Kalium-gesteuerten Volumenregulation nahe.Basierend auf den Ergebnissen der Expressionsstudie dieser Arbeit wurde die konkrete Hypothese aufgestellt, dass Kir4.1-Kanäle mittels Kontrolle des transmembranösen Kaliumtransports einen Einfluss auf die osmotische Volumenregulation von Astrozyten haben. Anhand eines Modellsystems konnte unter Verwendung konfokaler 2-Photonen-Lasermikroskopie gezeigt werden, dass die genetische Inaktivierung von Kir4.1 im Knock-Out-Mausmodell zu einer Beeinträchtigung der Wassersekretion aus astrozytären Fortsätzen mit nachfolgender Schwellung führt. Dies zeigt, dass Kir4.1-Kanäle wesentlich zur Volumenregulation in Astrozyten beitragen und dass der Kalium-sekretorische Volumenausgleich über astrogliale Endfüße vermittelt wird. Eine Beeinträchtigung von Expression oder Funktion astroglialer Kir4.1-Kanäle könnte unter pathophysiologischen Bedingungen zu einer Anschwellung von Astrozyten und Verringerung des extrazellulären Raumes beitragen.Eine mögliche pathogenetische Bedeutung von glialen Kir4.1-Kanälen bei neurodegenerativen Erkrankungen wurde anhand eines etablierten Tiermodells für die Motoneuronerkrankung Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) untersucht. Erstmals konnte eine Krankheits-assoziierte, fortschreitende Reduktion der Kir4.1-Expression im Ventralhorn des Rückenmarks im SOD1-vermittelten ALS-Mausmodell nachgewiesen werden. Die daraus resultierende extrazelluläre Akkumulation von Kalium könnte durch chronische Depolarisation der Membran der Motoneurone zu deren Tod beitragen. Diese Schlussfolgerung unterstützend konnte in einem in vitro Modellsystem gezeigt werden, dass eine erhöhte extrazelluläre Kaliumkonzentration neurotoxisch wirkt. Die differentielle Expression von Kir4.1 im Rückenmark und die daraus abgeleitete Bedeutung für die Neuron-Glia Interaktion unter physiologischen und pathophysiologischen Aspekten unterstützt die Sichtweise einer dynamischen Interaktion von neuronalen und glialen Zellen im gesunden und kranken Gewebe.