Neuer Ursprung von Stammzellen bei Patienten mit Hirnschäden entdeckt
Forschende von Helmholtz Munich und der LMU haben herausgefunden, dass bei Hirnverletzungen bestimmte Zellen im Gehirn aktiv werden und Eigenschaften von neuronalen Stammzellen aufweisen. Regulator dieser Stammzelleigenschaften ist ein bestimmtes Protein, welches für neue therapeutische Ansätzen genutzt werden könnte. Diese Erkenntnisse könnten in Zukunft zu einer besseren Behandlung von Hirnverletzungen beitragen. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Medicine veröffentlicht.
Veröffentlicht: 08.12.2023
Neurologische Erkrankungen wie Trauma, Schlaganfall, Epilepsie und verschiedene neurodegenerative Krankheiten führen zu einem unumkehrbaren Verlust von Nervenzellen, den Neuronen. Damit beinträchtigen sie die Gehirnfunktion stark. Obwohl diese Erkrankungen weltweit stetig zunehmen, fehlen immer noch effektive Behandlungsoptionen. Die Ursachen sind zum einen, dass verlorene Nervenzellen nicht ersetzt werden können und zum anderen, dass Zellen um die Verletzung herum möglicherweise nicht förderlich für die Genesung sind.
Erkenntnisse aus der präklinischen Forschung zu einem spezifischen Typ von Gliazellen, den sternförmigen Astrozyten, machen jedoch Hoffnung. Gliazellen sind neben den Neuronen eine entscheidende Komponente des Nervensystems und haben eine schützende Funktion. Die neue Forschung zeigt, dass Gliazellen die Zellteilung wieder aufnehmen können und so das Eindringen von Immunzellen bei Hirnschäden verhindern. Darüber hinaus erlangen einige dieser Astrozyten neuronale Stammzelleigenschaften. Stammzellen sind Zellen, die sich selbst erneuern können und verschiedene Zelltypen eines Organs bilden. Neurale Stammzellen können sich selbst erneuern und Neuronen sowie Gliazellen erzeugen. Diese Zellen wurden im Gehirn von Mäusen nach Verletzungen wie Trauma oder Schlaganfall nachgewiesen, bei denen die Blut-Hirn-Schranke beschädigt wurde und so Blut oder Cerebrospinalflüssigkeit, eine schützende Flüssigkeit um das Gehirn herum, eindringen konnte.
Neurodegeneration
Neurodegeneration/-/neurodegeneration
Sammelbegriff für Krankheiten, in deren Verlauf Nervenzellen sukzessive ihre Struktur oder Funktion verlieren, bis sie teilweise sogar daran zugrunde gehen. Vielfach sind falsch gefaltete Proteine der Auslöser – wie etwa bestimmte Formen der Eiweiße Beta-Amyloid und Tau im Falle von Alzheimer. Bei anderen Krankheiten, beispielsweise bei Parkinson oder Chorea Huntington, werden Proteine innerhalb der Neurone nicht richtig abgebaut. In der Folge lagern sich dort toxische Aggregate ab, was zu den jeweiligen Krankheitserscheinungen führt. Während Chorea Huntington eindeutig genetisch bedingt ist, scheint es bei Parkinson und Alzheimer allenfalls bestimmte Ausprägungsformen von Genen zu geben, welche ihre Entstehung begünstigen. Keine dieser neurodegenerativen Erkrankungen kann bisher geheilt werden.
Neuron
Neuron/-/neuron
Das Neuron ist eine Zelle des Körpers, die auf Signalübertragung spezialisiert ist. Sie wird charakterisiert durch den Empfang und die Weiterleitung elektrischer oder chemischer Signale.
Neuron
Neuron/-/neuron
Das Neuron ist eine Zelle des Körpers, die auf Signalübertragung spezialisiert ist. Sie wird charakterisiert durch den Empfang und die Weiterleitung elektrischer oder chemischer Signale.
Gliazellen
Gliazellen/-/glia cells
Gliazellen stellen neben den Neuronen die zweite Gruppe große Gruppe von Zellen im Gehirn. Sie wurden lange Zeit als die inaktiven Elemente des Gehirns, als „Nervenkitt“ bezeichnet. Heute weiss man, dass die verschiedenen Typen von Gliazellen (Astrozyten, Oligodendrozyten und Mikrogliazellen) klar definierte Aufgaben im Nervensystem erfüllen. So reagieren sie z. B. auf Krankheitserreger, spielen eine wichtige Rolle bei der Ernährung der Nervenzellen oder isolieren Nervenfasern. Ihr Anteil im Vergleich zu den Neuronen liegt bei etwas über 50 Prozent.
Astrozyt
Astrozyt/-/astrocyte, astroglia
Astrozyten sind die größten unter den Gliazellen. Zu ihren Aufgaben gehören z.B. die Immunabwehr (auch Blut-Hirn-Schranke) oder die Wiederaufnahme ausgeschütteter Neurotransmitter (Botenstoffen im Gehirn).
Schlaganfall
Schlaganfall/Apoplexia cerebri/stroke
Bei einem Schlaganfall werden das Gehirn oder Teile davon zeitweilig nicht mehr richtig mit Blut versorgt. Dadurch kommt es zu einer Unterversorgung mit Sauerstoff und dem Energieträger Glukose. Häufigster Auslöser des Schlafanfalls ist eine Verengung der Arterien. Zu den häufigsten Symptomen zählen plötzliche Sehstörungen, Schwindel sowie Lähmungserscheinungen. Als Langzeitfolgen können verschiedene Arten von Gefühls– und Bewegungsstörungen auftreten. In Deutschland ging 2006 jeder dritte Todesfall auf einen Schlaganfall zurück.
Blut-Hirn-Schranke
Blut-Hirn-Schranke/-/blood brain barrier
Eine selektiv durchlässige Membran, die von den Zellen in den Wänden der kapillaren Blutgefäße im Gehirn gebildet wird. Sie verhindert das Eindringen von Schadstoffen über das Blut, erlaubt jedoch den Übergang von Nährstoffen aus dem Blut ins Gehirn.
Spezifische Reaktion der Astrozyten offenbart neuartige Biomarker und Reparaturquelle im menschlichen Gehirn
Wissenschaftler:innen um Prof. Magdalena Götz von Helmholtz Munich und der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) zeigen nun, dass sich Astrozyten in erwachsenen menschlichen Gehirnen vermehren und neuronale Stammzelleigenschaften erwerben, sobald die Blut-Hirn-Schranke krankheitsbedingt beschädigt wurde. Die Forschenden endeckten, dass diese Plastizität der Astrozyten eng mit der Hochregulierung des Proteins Galectin 3 verbunden ist. Das Protein ist somit ein Marker für sich teilende menschliche Astrozyten.
Dr. Swetlana Sirko, Erstautorin der Studie, erklärt: "Unsere Ergebnisse sind für die Diagnose und die Beurteilung des neuropathologischen Zustands von Patienten relevant. Die Zusammensetzung der Cerebrospinalflüssigkeit und insbesondere eine Hochregulierung des Galectin 3-Bindeproteins (LGALS3BP) geben Aufschluss über die Astrozytenplastizität im menschlichen Gehirn. Obwohl die genauen Mechanismen noch zu klären sind, könnte die Identifizierung der Galectin 3-LGALS3BP-Achse für die Regulation der Astrozytenplastizität wesentlich zur Entdeckung von Biomarkern für die Vorhersage der proliferativen Astrogliose und ihrer vorteilhaften Modulation im betroffenen Hirngewebe beitragen."
Die Identifikation der zwei entscheidenden Regulatoren der Astrozytenproliferation nach Gehirnschäden ist eine wichtige Grundlage für eine zukünftige klinische Anwendbarkeit dieser Biomarker. Die Biomarker zeigen sowohl die positive Wirkung der Gliazellen und gleichzeitig auch den Stammzellcharakter bei Hirnschäden von Patient:innen. Ein besseres Verständnis der Reaktion von Gliazellen auf Verletzungen ist entscheidend für die Behandlung. Magdalena Götz, Letztautorin der Studie, betont: "Unsere Analyse des vermeintlich langweiligen Stützzelltyps hat die Anwesenheit von neuronalen Stammzellen in den Gehirnen von Patienten mit Trauma oder Schlaganfall gezeigt. Dies ist eine neue und unerwartete Quelle, um abgestorbene Nervenzellen wieder ersetzen zu können."
Astrozyt
Astrozyt/-/astrocyte, astroglia
Astrozyten sind die größten unter den Gliazellen. Zu ihren Aufgaben gehören z.B. die Immunabwehr (auch Blut-Hirn-Schranke) oder die Wiederaufnahme ausgeschütteter Neurotransmitter (Botenstoffen im Gehirn).
Blut-Hirn-Schranke
Blut-Hirn-Schranke/-/blood brain barrier
Eine selektiv durchlässige Membran, die von den Zellen in den Wänden der kapillaren Blutgefäße im Gehirn gebildet wird. Sie verhindert das Eindringen von Schadstoffen über das Blut, erlaubt jedoch den Übergang von Nährstoffen aus dem Blut ins Gehirn.
Plastizität
Plastizität/-/neuroplasticity
Der Begriff beschreibt die Fähigkeit von Synapsen, Nervenzellen und ganzen Hirnarealen, sich abhängig vom Grad ihrer Nutzung zu verändern. Mit synaptischer Plastizität ist die Eigenschaft von Synapsen gemeint, ihre Erregbarkeit auf die Intensität der Reize einzustellen, die sie erreichen. Daneben unterliegen auch Größe und Vernetzungsgrad unterschiedlicher Hirnbereiche einem Wandel, der von ihrer jeweiligen Aktivität abhängt. Dieses Phänomen bezeichnen Neurowissenschaftler als corticale Plastizität.
Cerebrospinalflüssigkeit
Cerebrospinalflüssigkeit/Liquor cerebrospinalis/cerebrospinal fluid
Eine klare Flüssigkeit, die das Ventrikelsystem füllt, sowie das Gehirn im Schädel umspült und so vor Stößen schützt. Drei– bis fünfmal täglich werden die 100 bis 160 ml Flüssigkeit erneuert. Bestimmte Krankheiten spiegeln sich in der Zusammensetzung der Cerebrospinalflüssigkeit wieder.
Biomarker
Biomarker/-/biomarker
In der Medizin versteht man unter einem Biomarker eine Substanz, die Hinweise auf den physiologischen Zustand eines Organismus gibt. Biomarker können entweder im Körper selbst entstehen oder chemische Verbindungen beschreiben, die Ärzte dem Körper zuführen, um an ihrem Schicksal bestimmte physiologische Funktionen zu testen. In Bezug auf die Alzheimer-Krankheit sind mehrere Indikatoren als mögliche Biomarker im Gespräch. Hierbei handelt es sich beispielsweise um die Konzentration an löslichem Amyloid-Vorläuferprotein im Blut sowie um die Aktivität des Enzyms, welches das Vorläuferprotein so zerschneidet, dass hieraus das plaquebildende Beta-Amyloid hervorgeht. Oft werden auch krankheitsbezogene Veränderungen, die mit bildgebenden Verfahren nachgewiesen werden, als Biomarker bezeichnet. So kann man zum Beispiel den Abbau von Gehirngewebe im MRT erkennen.
Biomarker
Biomarker/-/biomarker
In der Medizin versteht man unter einem Biomarker eine Substanz, die Hinweise auf den physiologischen Zustand eines Organismus gibt. Biomarker können entweder im Körper selbst entstehen oder chemische Verbindungen beschreiben, die Ärzte dem Körper zuführen, um an ihrem Schicksal bestimmte physiologische Funktionen zu testen. In Bezug auf die Alzheimer-Krankheit sind mehrere Indikatoren als mögliche Biomarker im Gespräch. Hierbei handelt es sich beispielsweise um die Konzentration an löslichem Amyloid-Vorläuferprotein im Blut sowie um die Aktivität des Enzyms, welches das Vorläuferprotein so zerschneidet, dass hieraus das plaquebildende Beta-Amyloid hervorgeht. Oft werden auch krankheitsbezogene Veränderungen, die mit bildgebenden Verfahren nachgewiesen werden, als Biomarker bezeichnet. So kann man zum Beispiel den Abbau von Gehirngewebe im MRT erkennen.
Gliazellen
Gliazellen/-/glia cells
Gliazellen stellen neben den Neuronen die zweite Gruppe große Gruppe von Zellen im Gehirn. Sie wurden lange Zeit als die inaktiven Elemente des Gehirns, als „Nervenkitt“ bezeichnet. Heute weiss man, dass die verschiedenen Typen von Gliazellen (Astrozyten, Oligodendrozyten und Mikrogliazellen) klar definierte Aufgaben im Nervensystem erfüllen. So reagieren sie z. B. auf Krankheitserreger, spielen eine wichtige Rolle bei der Ernährung der Nervenzellen oder isolieren Nervenfasern. Ihr Anteil im Vergleich zu den Neuronen liegt bei etwas über 50 Prozent.
Schlaganfall
Schlaganfall/Apoplexia cerebri/stroke
Bei einem Schlaganfall werden das Gehirn oder Teile davon zeitweilig nicht mehr richtig mit Blut versorgt. Dadurch kommt es zu einer Unterversorgung mit Sauerstoff und dem Energieträger Glukose. Häufigster Auslöser des Schlafanfalls ist eine Verengung der Arterien. Zu den häufigsten Symptomen zählen plötzliche Sehstörungen, Schwindel sowie Lähmungserscheinungen. Als Langzeitfolgen können verschiedene Arten von Gefühls– und Bewegungsstörungen auftreten. In Deutschland ging 2006 jeder dritte Todesfall auf einen Schlaganfall zurück.
Neuron
Neuron/-/neuron
Das Neuron ist eine Zelle des Körpers, die auf Signalübertragung spezialisiert ist. Sie wird charakterisiert durch den Empfang und die Weiterleitung elektrischer oder chemischer Signale.
Originalpublikation
Sirko et al. (2023): Injury-specific factors in the cerebrospinal fluid regulate astrocyte plasticity in the human brain. Nature Medicine DOI: 10.1038/s41591-023-02644-6
