Evaluating the Effects of Exercise-Induced Plasma on Microglial and Neuronal Cell Viability of Preclinical Alzheimer’s Disease Models

Abstract

Bakgrunn: Alzheimers sykdom (AD) medfører betydelige utfordringer, helt fra den enkelte pasienten til de globale helsesystemene. De sosioøkonomiske konsekvensene av AD forventes å eskalere de neste tiårene, som en følge av økt levealder. På tross av en enorm innsats for å utvikle effektive behandlingsstrategier, adresserer dagens behandling hovedsakelig symptomer i stedet for å påvirke sykdommen i seg selv. Nye behandlingsstrategier for AD kan oppdages gjennom forståelse av de molekylære mekanismene bak modifiserbare risikofaktorer som trening. Formål: Målet for denne avhandlingen har vært å undersøke effekten av «trent plasma» in vitro, ved å tilsette plasma innsamlet etter trening i cellemediumet til mikroglia og nevronale celler i en preklinisk AD-modell. Hypotesen er at faktorer som blir skilt ut i blodet under trening kan forbedre levedyktigheten og gi beskyttende egenskaper til cellene i disse modellene. Metoder: Nevroner fra hippocampus og mikroglia fra mus ble eksponert for amyloid-β for å simulere «AD-liknende stress». Plasma fra friske, unge menn med god kondisjon ble samlet inn før og 3 timer etter en treningsøkt. Plasmaet ble tilsatt i cellemediumet sammen med amyloid-β, og levedyktigheten til mikroglia og nevronene ble målt 24 timer etter behandling. Resultater: Amyloid-β behandling ga ingen signifikant reduksjon av levedyktigheten til cellene, og etterlot spørsmålet om hvorvidt plasma samlet inn etter trening kan motvirke denne toksisiteten ubesvart. Resultatene viste ingen signifikant forskjell mellom celler behandlet med plasma samlet inn før og etter trening for verken nevroner eller mikroglia, uavhengig av amyloid-β eksponering. Konklusjon: Den prekliniske AD-modellen som ble brukt i disse forsøkene må optimaliseres ytterligere før den kan benyttes til å bekrefte hypotesen. Fremtidige studier bør inkludere metoder for å sikre oligomerisert amyloid-β, vurdere metoder som Hoechst DNA farging for å vurdere celleproliferasjon, og samle plasma fra flere donorer med god kondisjon før og etter gjennomførelse av en høyintensiv treningsøkt.

Background: Alzheimer’s disease (AD) presents substantial challenges from the affected patient to global healthcare systems, and its socioeconomic impact is expected to escalate following increased life expectancy. Despite tremendous efforts to develop efficient AD therapeutics, current treatments focus on alleviating symptoms rather than modifying the disease. Understanding the molecular mechanisms behind modifiable risk factors, such as exercise, can lead to the discovery of new treatment targets for AD. Purpose: This thesis aimed to investigate the effects of exercised plasma-conditioned medium in vitro, using cell cultures of microglial and neuronal cells as preclinical AD models. The hypothesis was that exercise-induced blood-borne molecules present in exercise-conditioned medium enhance cell viability and provide protective effects in these models. Methods: Murine hippocampal neuronal cells and microglia were exposed to amyloid-β to simulate “AD-like stress.” To compare the effects of exercise, plasma was collected from healthy young males with high cardiorespiratory fitness before and 3h after a single exercise session. The plasma was added to the cell culture medium along with amyloid-β, followed by cell viability assessment after 24h of treatment. Results: Amyloid-β treatment did not significantly decrease cell viability, leaving the question of whether exercise conditioned-medium could counteract this toxicity unanswered. The results showed no significant difference in cell viability between the cells treated with pre- and post-exercise plasma in neither microglial nor neuronal cell cultures, regardless of amyloid-β exposure. Conclusion: The preclinical AD models used in these experiments need further optimization before being able to confirm the hypothesis. Future studies should ensure an oligomerized structure of amyloid-β, consider methods like Hoechst DNA stain to assess cell proliferation, and collect plasma from donors with high cardiorespiratory fitness engaging in high-intensity exercise.