Stimulation des Wachstums Schwannscher Zellen und der axonalen Regeneration peripherer Nerven durch das Immunsuppressivum FK 506

Zusammenfassung

Einleitung: Allogene Nerventransplantate werden experimentell und bedingt klinisch eingesetzt. Um die Abstoßung der Nerven zu verhindern, wird eine kontinuierliche Immunsuppression benötigt. Bisher kam dafür Cyclosporin A zur Anwendung. Die immunsuppressive Wirkung von FK 506 auf allogene Nerventransplantate wird erst seit kurzem erforscht. Es wird heute vorrangig bei Lebertransplantationen eingesetzt. FK 506 verhindert zwar eine Organabstoßung, jedoch sind neurotoxische Nebenwirkungen sowohl im zentralen als auch im peripheren Nervensystem beschrieben. Andererseits wird von einer verbesserten axonalen Regeneration nach Kompressionen berichtet. Ziel dieser Studie war es, zu ermitteln, welche Wirkung FK 506 auf das autologe Nerventransplantat in vivo und die Schwannsche Zelle in vitro hat.

Material und Methoden: Schwann sche Zellen der Ratte wurden kultiviert und für eine Woche täglich mit 100 uM FK 506 behandelt und mit unbehandelten Kulturen verglichen. Veränderungen der intrazellulären Kalziumkonzentration in den Schwannschen Zellen wurden mittels Fluo-3, eines intrazellulären Kalziumindikators, dargestellt. Die Regeneration durch autologe Transplantate nach einer täglichen Gabe von 0,6 mg FK 506/kg Körpergewicht wurde am N. ischiadicus der Ratte klinisch und morphometrisch ermittelt.

Ergebnisse:FK 506 erhöht die Zahl der Schwannschen Zellen in vitro signifikant, verglichen mit nicht behandelten Kulturen. Die Fibroblastenpopulation hingegen wird durch FK506 unterdrückt. Weiterhin führt FK 506 bei kultivierten Sctoannschen Zellen zu einem transienten intrazellulären Kalziumanstieg. Nach zweiwöchiger Regeneration zeigen die mit FK 506 behandelten Transplantate eine höhere Axonzahl als die Kontrollen. Dies geht mit weniger Myelintrümmern in der FK 506-Gruppe einher. Nach sechswöchiger Regeneration zeigen alle Transplantate eine gute Remyelinisierung und Axonzahl.

Schlußfolgerungen: Die erhöhte Axonzahl und der geringere Anteil von Myelintrümmern in den FK 506-Gruppen lassen eine beschleunigte Wallersche Degeneration und ein initial schnelleres Einwachsen der Axone in das Transplantat vermuten. FK 506 vermittelt seine Wirkung über die Bindung an das FK bindende Protein 12 (FKBP-12), GAP-43 (growth-associated protein) und TGFβl (transforming growth factor). Der intrazelluläre Kalziumanstieg durch FK 506 könnte die Calmodulin-gesteuerte Proliferation der Schwannschen Zellen erklären, die ihrerseits die axonale Regeneration verbessern.

Abstract

Background: Nerve allografts are highly antigenic and, thus, require the continuous use of immunosuppressive drugs. The immunosuppressant Cyclosporine A was used in most studies. More recently, the immunosuppressive effect of FK506 on peripheral nerve allografts and xenografts has been studied, and the drug has been found to prevent rejection successfully. However, neurotoxic complications have been noted in the central and peripheral nervous System although an increased rate of axonal regeneration has also been shown.

Methods: Schwann cells were cultured from the sciatic nerve of the rat. The effect of 100 nM FK 506 administered daily on these cultures was assessed over a period of seven days and compared to an untreated control group of cultures. To visualize a direct effect of FK 506 on Schwann cells, the changes in intracellular calcium were recorded using fluorescence imaging of primary rat Schwann cell cultures loaded with Fluo-3. Regeneration of autologous nerve grafts was assessed in a rat model clinically and morphometrically after daily administration of 0.6 mg FK 506/kg body weight.

Results: FK 506 increases the number of Schwann cells in culture significantly compared to the control group, while the fibrocyte Population is decreased. FK 506 caused a transient increase of intracellular caicium levels of cultured cells. A significantly higher axon count was observed in the FK 506-treated grafts after two weeks of regeneration compared with controls. Additionally, less myelin debris was evident in the FK 506 treated group after two weeks compared with the control group. Good regeneration was noted in all grafts after six weeks of regeneration.

Conclusion: The increased axon counts and decreased myelin debris in the FK 506 grafts after two weeks indicate an accelerated Wallerian degeneration and increased axon sprouting into the graft initially. FK 506 promotes axonal regeneration through binding to FKBP-12, thus activating GAP-43 (growth associated protein) and the TGFβl-pathway (transforming growth factor). In addition, the increase of the intracellular caicium may induce Schwann cell proliferation via Calmodulin which in turn promotes axonal regeneration.

Schlüsselwörter

Periphere Nerven - FK 506 - Immunsuppression - Schwannsche Zelle - intrazelluläres Kalzium - Nerventransplantat - axonale Regeneration

Key words

Peripheral nerves - FK 506 - immunosuppression - Schwann cell - intracellular caicium - nerve graft - axonal regeneration