Exploring novel therapeutic strategies for the treatment of epilepsy-associated neuroinflammation

L'epilessia del lobo temporale mesiale (mesial temporal lobe epilepsy, mTLE) è una delle forme più comuni di epilessia ed è spesso accompagnata da diverse comorbidità che possono avere un impatto significativo sulla qualità della vita. Spesso la mTLE ha origine da un evento traumatico seguito poi da epilettogenesi, processo durante il quale si verificano molteplici fenomeni fisiopatologici, inclusa la neuroinfiammazione. Le stesse crisi epilettiche possono indurre neuroinfiammazione e le crisi ricorrenti spontanee (sponatneous recurrent seizures, SRSs) possono causare una neuroinfiammazione cronica. Una neuroinfiammazione preesistente può inoltre anche aumentare la predisposizione alle crisi, con alterazioni dell'eccitabilità neuronale e peggioramento della neuropatologia. In queste condizioni, sia gli astrociti che le cellule microgliali aumentano lo stato infiammatorio creando un ambiente sfavorevole per le cellule neuronali, con conseguente perdita di contatti sinaptici e morte neuronale. Durante il mio dottorato di ricerca ho voluto indagare le possibili strategie terapeutiche per il trattamento della neuroinfiammazione associata all'epilessia:  Esplorare l'ipotesi che il 7,8 diidrossiflavone (7,8-DHF), un agonista del recettore BDNF-trkB con effetti antinfiammatori, possa influenzare l'epilettogenesi. Per raggiungere questo obiettivo, è stato utilizzato il modello della litio-pilocarpina. L'effetto del 7,8-DHF sull'astrogliosi è stato valutato mediante analisi immunoistochimica di campioni di cervello ex vivo utilizzando l'anticorpo GFAP. Abbiamo scoperto che basse dosi di 7,8-DHF (5 mg/kg) mostrano una chiara (anche se poco significativa) tendenza a ridurre la neuroinfiammazione.  Testare se una combinazione di fattori neurotrofici (FGF-2 e BDNF) può attenuare la neuroinfiammazione, nello specifico la microcitosi, l'astrocitosi e l'espressione di IL-1β. Abbiamo mirato a verificare se l'attenuazione della neuroinfiammazione ottenuta in vivo con BDNF e FGF-2 (Bovolenta et al., 2010) fosse diretta o secondaria ad altri effetti, ad esempio la riduzione della gravità e della frequenza delle crisi ricorrenti spontanee. Per questo obiettivo, abbiamo utilizzato un modello in vitro di neuroinfiammazione indotta da lipopolisaccaride (LPS, 100 ng/ml) in una coltura gliale mista primaria di topo. È stato analizzato il rilascio di citochine e NO. I nostri risultati suggeriscono che l'effetto antinfiammatorio di BDNF e FGF-2 in vivo in un modello di epilessia sia indiretto e probabilmente dovuto a una riduzione della frequenza e della gravità delle crisi.

Mesial temporal lobe epilepsy is one of the most common forms of epilepsy which is often accompained by several comorbidities that can significantly impact the quality of life. This often originates from a precipitating event followed by epileptogenesis, in which multiple pathophysiological phenomena occur, including neuroinflammation. Seizures themselves can induce neuroinflammation and spontaneous recurrent seizures (SRSs) can perpetuate chronic neuroinflammation. Moreover, a pre-existing neuroinflammation enhances the pre-disposition to seizures, linked with alterations in the neuronal excitability as well as increased neuropathology induced by seizures. Both astrocytes and microglial cells exacerbate the inflammatory state and create a very unfavourable environment for neuronal cells, resulting in loss of synapses and neuronal death. During my PhD I aimed to investigate possible therapeutic strategies for the treatment of epilepsy-associated neuroinflammation:  Exploring the hypothesis that 7,8 dihydroxyflavone (7,8- DHF), an agonist of the BDNF-trkB receptor that may also exert anti-inflammatory effects, can impact epileptogenesis. To avail this goal, the lithium-pilocarpine rat model was used. The effect of this compound on astrogliosis was evaluated by immunohistochemical analysis of ex-vivo brain samples using the GFAP antibody. We found that low 7,8- DHF doses (5 mg/kg) display a clear (even if barely significant) tendency to reduce the neuroinflammation.  Testing if a combination of neurotrophic factors (namely FGF-2 and BDNF) can attenuate parameters of neuroinflammation, including microcytosis, astrocytosis, and the expression of IL-1β. We aimed to test if the attenuation of the neuroinflammation obtained in vivo with BDNF and FGF-2 (Bovolenta et al., 2010) was direct or secondary to other effects, for example the reduction in spontaneous recurrent seizures severity and frequency. For this, we have used an in vitro model of neuroinflammation induced by lipopolysaccharide (LPS, 100 ng/ml) in a mouse primary mixed glial culture. The release of cytokines and NO was analysed. Our results suggested that the anti-inflammatory effect of BDNF and FGF-2 in vivo in an epilepsy model was indirect and likely due to a reduction in seizure frequency and severity.