Home > Publications database > ⁵⁶Fe-ion Radiation as a Proxy for Cosmic Radiation: Impacts on Microglial Activity and Anti-inflammatory Strategies in Organotypic Hippocampal Slice Cultures > print

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245 _ _ |a ⁵⁶Fe-ion Radiation as a Proxy for Cosmic Radiation: Impacts on Microglial Activity and Anti-inflammatory Strategies in Organotypic Hippocampal Slice Cultures
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502 _ _ |a Dissertation, Technische Universität Darmstadt, 2026
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520 _ _ |a Astronauts will inevitably be exposed to low doses of ionizing radiation during future space missions, such as the transit to Mars. The effects on the brain and cognitive risks for astronauts are only partially understood, in part due to technical limitations in realistically reproducing the cosmic radiation composition. While neuronal damage in the hippocampus and other brain regions has already been demonstrated, the impact on microglial cell function, the immune cells of the brain, is largely unknown. The dentate gyrus region of the hippocampus, where neurogenesis occurs, is of particular importance for the integrity of the brain. From neurodegenerative diseases such as Alzheimer's, it's known that prolonged and enhanced activation of microglia can generally lead to secondary damage in the surrounding tissue as well as in neuronal cells. This activation goes along with changes of the microglial cell phenotype. This work utilizes an organotypic tissue system of the hippocampus, in which microglia were examined for morphological changes and inflammatory signals after exposure to low-energy X-rays or high-energy ⁵⁶Fe-ion (1 GeV/n) radiation. Microglia are quantified and their activation morphologically classified over a period of 0.5 hours to 29 days after radiation exposure. Cytokine and molecular analyses were conducted to investigate the inflammatory profile. While the total cell count in the dentate gyrus of irradiated OHSCs remained at control levels, X- ray irradiated OHSCs displayed reduced cell death and lower levels of pro-inflammatory IL-6 compared to control groups. In ⁵⁶Fe-ion irradiated OHSCs, a shift of phenotypes towards reactive microglia and a significant IL-6 increase was observed. An increase in IL-6 was seen only after 48 hours post ⁵⁶Fe-ion irradiation. Treatment of irradiated OHSCs with the cannabinoid receptor agonist AbnCBD resulted in reduced cell death and a short-term increase of IL-6 levels compared to untreated OHSCs. Post-irradiation treatment with GP1a, a highly specific cannabinoid receptor 2 ligand, resulted in an increase in activated microglia for ⁵⁶Fe-ion radiation and more cell death in the long term but significant IL-6 reduction. Overall, different inflammatory profiles were observed in the dentate gyrus when irradiated with X-rays or ⁵⁶Fe-ion radiation. In summary, OHSCs proved to be a suitable model system to investigate complex tissue alterations for radiation damage. ⁵⁶Fe radiation did not result in stronger or longer-lasting inflammation. Post-treatment of irradiated OHSCs with AbnCBD and GP1a did not result in significant inflammation reduction but favored microglia activation.Astronauten werden bei zukünftigen Weltraummissionen, wie dem Transit zum Mars, zwangsläufig niedrigen Dosen ionisierender Strahlung ausgesetzt sein. Die Auswirkungen auf das Gehirn und kognitive Risiken für Astronauten sind nur teilweise verstanden. Die Region des Gyrus Dentatus im Hippocampus, in der Neurogenese stattfindet, ist von besonderer Bedeutung für die Integrität des Gehirns, weshalb die Integrität von Mikrogliazellen, den Immunzellen des Gehirns, von besonderer Relevanz ist. Aus neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer ist bekannt, dass eine anhaltende und verstärkte Aktivierung von Mikroglia im Allgemeinen zu sekundären Schäden im umliegenden Gewebe sowie in neuronalen Zellen führen kann. Diese Aktivierung geht mit Veränderungen des Phänotyps der Mikrogliazellen einher. Diese Arbeit nutzt ein organotypisches Gewebesystem des Hippocampus, in dem Mikroglia auf morphologische Veränderungen und entzündliche Signale nach Exposition gegenüber Röntgenstrahlen mit niedriger Energie und ⁵⁶Fe-Ionenstrahlung (1 GeV/n) untersucht wurden. Mikroglia des Gyrus dentatus wurden quantifiziert und ihre Aktivierung über einen Zeitraum von 0,5 Stunden bis 29 Tagen nach der Strahlenexposition morphologisch klassifiziert. Zytokin- und molekulare Analysen wurden durchgeführt, um das entzündliche Profil zu definieren. Während die Gesamtzellzahl im Gyrus Dentatus bestrahlter OHSCs auf Kontrollniveaus blieb, zeigten röntgenbestrahlte OHSCs eine verringerte Zellsterblichkeit und eine niedrigere Konzentration des proinflammatorischen Markers IL-6 im Vergleich zur Kontrollgruppe. Bei ⁵⁶Fe- Ionen-bestrahlten OHSCs wurde eine Verschiebung der Phänotypen hin zu reaktiven Mikroglia und ein signifikanter Anstieg von IL-6 beobachtet. Eine Zunahme von IL-6 wurde nur 48 Stunden nach ⁵⁶Fe-Ionenstrahlung festgestellt. Die Behandlung bestrahlter OHSCs mit AbnCBD, einem Liganden des Cannabinoid-Rezeptors GPR55, führte zu einer verringerten Zellsterblichkeit und einem kurzfristigen Anstieg der IL-6-Konzentration. Eine Nachbestrahlungsbehandlung mit GP1a, einem hochspezifischen Agonisten des Cannabinoid-Rezeptors 2, führte zu einer Zunahme aktivierter Mikroglia bei ⁵⁶Fe-Ionen-Bestrahlung und mehr Zelltod, jedoch zu einer signifikanten Verringerung von IL-6. Zusammenfassend erwiesen sich OHSCs als geeignetes Modellsystem zur Untersuchung komplexer Gewebeveränderungen nach Bestrahlung. ⁵⁶Fe-Bestrahlung führte nicht zu stärkeren oder länger anhaltenden Entzündungen. Eine Behandlung von bestrahlten OHSCs mit AbnCBD und GP1a führte nicht zu einer signifikanten Verringerung der Entzündung, begünstigte jedoch die Aktivierung von Mikroglia.⁵⁶Fe-Ionenstrahlung als Ersatz für kosmische Strahlung: Auswirkungen auf die Mikrogliaaktivität und entzündungshemmende Strategien in organotypischen Hippocampus-Schnittkulturen; Datum der mündlichen Prüfung 27.10.2025
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Marc 21