Changes in microglia cells morphology caused by ketogenic diet

W mózgu wyróżnia się dwie podstawowe klasy komórek. Jedną z nich są neurony, drugą komórki glejowe. Wśród komórek glejowych wyróżnia się 3 duże grupy komórek: makroglej, mikroglej oraz ependymocyty. Podstawową cechą różniącą neurony od komórek glejowych jest pobudliwość elektryczna. W odpowiedzi na stymulacje neurony w przeciwieństwie do komórek glejowych są zdolne do generowania potencjałów czynnościowych. Obecnie liczbę komórek glejowych w ludzkim mózgu określa się na 100 bilionów. Komórki mikrogleju są immunokompetentymi komórkami, które rezydują w ośrodkowym układzie nerwowym. Jednym z pierwszych badaczy zajmujących się tą populacją komórek był Pio del Rio Hortega. Wiele z przypisanych przez niego tym komórkom cech jest nadal uważane za poprawne.Dieta ketogeniczna jest dietą wysokotłuszczową, niskowęglowodaną oraz niskobiałkową. Jej pierwowzorem była głodówka. Dieta ta została zaproponowana w 1921 przez doktora Russel’a Wilder’a, a jej podstawę stanowiło założenie zwiększenia ilości spożywanych tłuszczów kosztem węglowodanów. Zmniejszenie ilości dostarczanych węglowodanów skutkuje obniżeniem wykorzystania glukozy jako źródła energii. W takich warunkach organizm zaczyna zużywać kwasy tłuszczowe, z których produkowane są ciała ketonowe, do których zalicza się: β-hydroksymaślan, acetooctan oraz aceton. Dieta ta jest z powodzeniem stosowana jako niefarmakologiczna metoda leczenia lekoopornej epilepsji, a coraz więcej dowodów wskazuje na jej skuteczność w przypadku Choroby Parkinsona czy Alzheimera. Jednym z pośród wymienianych mechanizmów neuroprotekcyjnego działania diety ketogenicznej jest jej działanie przeciwzapalne. Z tego powodu dieta ketogeniczna wydaje się być obiecującym podejściem do niefarmakologicznego leczenia chorób ośrodkowego układu nerwowego, które związane są ze stanem zapalnym.Przedstawiony w niniejszej pracy eksperyment został przeprowadzony w celu zbadania wpływu diety ketogenicznej na morfologię komórek mikrogleju. Otrzymane wyniki wykazały istotną statystycznie różnicę w liczbie rozgałęzień przypadających na komórkę w określonym miejscu od jej środka pomiędzy grupą kontrolną a grupą na diecie ketogenicznej. Ponadto wykazały różnicę w powierzchni oraz masywności komórek mikrogleju pochodzących z zakrętu zębatego formacji hipokampa pomiędzy grupą kontrolną a grupą diety ketogenicznej. Komórki pochodzące od zwierząt odżywianych dietą ketogeniczną były większe od tych pochodzących od zwierząt z grupy kontrolnej oraz charakteryzowały się mniejszą masywnością. Różnica istotna statystycznie została wykazana również dla parametru masywności komórek mikrogleju pochodzących z rejonu CA3 formacji hipokampa. Porównując różnicę w liczbie rozgałęzień wypustek komórek mikrogleju pomiędzy 2 różnymi odległościami od środka komórki wykazano istotne statystycznie różnice dla rejonu CA3 formacji hipokampa oraz kory zarówno w grupach kontrolnych jak i w grupach diety ketogenicznej. Również porównując ze sobą rejon zakrętu zębatego i rejon CA3 formacji hipokampa wykazano istotne statystycznie różnice dla liczby rozgałęzień wypustek mierzonych, w różnych miejscach w stosunku do centrum komórki, powierzchni komórek mikrogleju oraz ich kolistości zarówno porównując grupy kontrolne ze sobą jak i grupy diety ketogenicznej.

Within the brain we can differentiate two basic classes of cells. One of them are neurons, the other is glial cells. Among glial cells 3 big groups of cells are distinguished: macroglia, microglia and ependymocytes. The basic feature that differentiates neurons from glial cells is electrical excitability. In response to stimulation, neurons, in contrast to glial cells, are able to generate action potentials. Currently, the number of glial cells in the human brain is estimated at 100 trillion. Microglia cells are immunocompetent cells that reside in the central nervous system. One of the first researchers studying this population of cells was Pio del Rio Hortega. Many of the qualities he has assigned to these cells are still considered to be correct. The microglial cells are derived from erythropoietic progenitor cells (EMPs) from the yolk sac. They colonize the brain at a very early stage of embryonic development. Their differentiation with EMPs and maturation depends on various factors, including Irf8, Pu.1 and Runx1 transcription factors. Microglia cells have significant functions both during development and in mature, healthly brain. They may also be involved in the development or progression of various disease entities such as, for example, Parkinson's disease, Alzheimer's disease or epilepsy.Ketogenic diet is a high-fat, low-carbohydrate and low-protein diet. The prototype of this diet was starvation. This diet was proposed in 1921 by dr Russel Wilder and was based on increasing the amount of consumed fat and reducing the amount of consumed carbohydrates at the same time. Currently, there are 4 types of ketogenic diet that differ in the percentage of fat, protein and carbohydrates consumed. The reduction in the amount of supplied carbohydrates reduces the use of glucose as a source of energy. In such conditions, the body begins to use fatty acids from which ketone bodies are produced, which include: β-hydroxybutyrate, acetoacetate and acetone. This diet is successfully used as a non-pharmacological treatment for drug-resistant epilepsy, and more and more evidence indicates its effectiveness in the case of Parkinson's disease or Alzheimer's disease. One of the listed mechanisms of the neuroprotective action of the ketogenic diet is its anti-inflammatory activity. For this reason, the ketogenic diet seems to be a promising approach to nonpharmacological treatment of central nervous system diseases that are associated with inflammation.The experiment presented in this thesis was carried out to investigate the impact of the ketogenic diet on the morphology of microglial cells. The obtained results showed a statistically significant difference in the number of microglia branches originating from the cortex in two different points from cell body between the control group and the ketogenic diet group. Moreover, they showed a difference in the area and solidity parameters of microglia cells originating from dentate gyrus of hippocampus between the control group and the ketogenic diet group. Statistically significant difference was also demonstrated for the solidity parameter for microglia cells originating from CA3 region of the hippocampal formation. When comparing the difference of the microglia branches between different points from cell body, statistically significant differences were found for the CA3 region of the hippocampus and cortex both in the control groups and in the ketogenic diet groups. Also when comparing dentate gyrus of hippocampus and CA3 region of hippocampus, statistically significant differences were found for the number of microglia branches in distal part from cell body, area and circularity parameter, comparing the control group with each other and the ketogenic diet group with each other.