Nervenzellen werden wiederhergestellt

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-16 16:01

Der populäre Ausdruck "Nervenzellen erholen sich nicht" wird von jedem von Kindheit an als unveränderliche Wahrheit wahrgenommen. Dieses Axiom ist jedoch nichts anderes als ein Mythos, und neue wissenschaftliche Daten widerlegen es.

Die Natur legt im sich entwickelnden Gehirn einen sehr hohen Sicherheitsspielraum: Während der Embryogenese wird ein großer Überschuss an Neuronen gebildet. Fast 70 % von ihnen sterben vor der Geburt eines Kindes. Das menschliche Gehirn verliert nach der Geburt sein ganzes Leben lang Neuronen. Dieser Zelltod ist genetisch programmiert. Natürlich sterben nicht nur Neuronen, sondern auch andere Zellen des Körpers. Nur alle anderen Gewebe haben eine hohe Regenerationsfähigkeit, dh ihre Zellen teilen sich und ersetzen die Toten.

Am aktivsten ist der Regenerationsprozess in den Zellen des Epithels und der hämatopoetischen Organe (rotes Knochenmark). Aber es gibt Zellen, in denen die Gene, die für die Fortpflanzung durch Teilung verantwortlich sind, blockiert sind. Zu diesen Zellen gehören neben Neuronen auch die Zellen des Herzmuskels. Wie schaffen es Menschen, die Intelligenz bis ins hohe Alter zu bewahren, wenn Nervenzellen absterben und nicht erneuert werden?

Eine der möglichen Erklärungen: Nicht alle Neuronen „arbeiten“gleichzeitig im Nervensystem, sondern nur 10 % der Neuronen. Diese Tatsache wird oft in der populären und sogar in der wissenschaftlichen Literatur zitiert. Diese Aussage musste ich immer wieder mit meinen in- und ausländischen Kollegen diskutieren. Und keiner von ihnen versteht, woher diese Zahl stammt. Jede Zelle lebt und "arbeitet" gleichzeitig. In jedem Neuron laufen ständig Stoffwechselvorgänge ab, Proteine werden synthetisiert, Nervenimpulse erzeugt und übertragen. Verlassen wir uns daher von der Hypothese "ruhender" Neuronen und wenden wir uns einer der Eigenschaften des Nervensystems zu, nämlich seiner außergewöhnlichen Plastizität.

Die Bedeutung von Plastizität besteht darin, dass die Funktionen abgestorbener Nervenzellen von ihren überlebenden „Kollegen“übernommen werden, die an Größe zunehmen und neue Verbindungen eingehen, um die verlorenen Funktionen zu kompensieren. Die hohe, aber nicht unendliche Effizienz einer solchen Kompensation lässt sich am Beispiel der Parkinson-Krankheit veranschaulichen, bei der es zu einem allmählichen Absterben von Neuronen kommt. Es stellt sich heraus, dass bis zum Absterben von etwa 90% der Neuronen im Gehirn die klinischen Symptome der Krankheit (Zittern der Gliedmaßen, Bewegungseinschränkung, unsicherer Gang, Demenz) nicht auftreten, dh die Person sieht praktisch gesund aus. Das bedeutet, dass eine lebende Nervenzelle neun Tote ersetzen kann.

Aber die Plastizität des Nervensystems ist nicht der einzige Mechanismus, der es ermöglicht, die Intelligenz bis ins hohe Alter zu erhalten. Die Natur hat auch einen Fallback - die Entstehung neuer Nervenzellen im Gehirn von erwachsenen Säugetieren oder die Neurogenese.

Der erste Bericht über Neurogenese erschien 1962 in der renommierten Fachzeitschrift Science. Der Artikel trug den Titel "Bilden sich neue Neuronen im Gehirn von erwachsenen Säugetieren?" Ihr Autor, Professor Joseph Altman von der Purdue University (USA), zerstörte mit Hilfe eines elektrischen Stroms eine Struktur des Rattenhirns (den seitlichen Kniehöcker) und injizierte dort eine radioaktive Substanz, die in die neu entstehenden Zellen eindringt. Einige Monate später entdeckte der Wissenschaftler neue radioaktive Neuronen im Thalamus (Teil des Vorderhirns) und in der Großhirnrinde. In den nächsten sieben Jahren veröffentlichte Altman mehrere weitere Studien, die die Existenz der Neurogenese im Gehirn erwachsener Säugetiere belegen. Doch dann, in den 1960er Jahren, riefen seine Arbeiten bei Neurowissenschaftlern nur Skepsis hervor, ihre Entwicklung folgte nicht.

Und erst zwanzig Jahre später wurde die Neurogenese "wiederentdeckt", aber bereits im Gehirn von Vögeln. Viele Singvogelforscher haben festgestellt, dass der männliche Kanarienvogel Serinus canaria zu jeder Paarungszeit ein Lied mit neuen "Knieen" singt. Außerdem übernimmt er keine neuen Triller von seinen Mitstreitern, da die Lieder auch isoliert aktualisiert wurden. Die Wissenschaftler begannen, das Hauptstimmzentrum von Vögeln, das sich in einem speziellen Abschnitt des Gehirns befindet, im Detail zu untersuchen, und fanden heraus, dass am Ende der Paarungszeit (bei Kanarienvögeln im August und Januar) ein erheblicher Teil der Neuronen von das Stimmzentrum starb, wahrscheinlich aufgrund übermäßiger funktioneller Belastung … Mitte der 1980er Jahre konnte Professor Fernando Notteboom von der Rockefeller University (USA) zeigen, dass bei erwachsenen männlichen Kanarienvögeln der Prozess der Neurogenese im Stimmzentrum ständig abläuft, die Zahl der gebildeten Neuronen jedoch saisonalen Schwankungen unterliegt. Der Höhepunkt der Neurogenese bei Kanarienvögeln liegt im Oktober und März, also zwei Monate nach der Paarungszeit. Deshalb wird die „Musikbibliothek“mit den Liedern des Kanarienvogels regelmäßig aktualisiert.

Ende der 1980er Jahre wurde die Neurogenese auch bei erwachsenen Amphibien im Labor des Leningrader Wissenschaftlers Professor A. L. Polenov entdeckt.

Woher kommen neue Neuronen, wenn sich Nervenzellen nicht teilen? Als Quelle für neue Neuronen sowohl bei Vögeln als auch bei Amphibien stellte sich heraus, dass neuronale Stammzellen aus der Wand der Hirnventrikel stammen. Während der Entwicklung des Embryos werden aus diesen Zellen die Zellen des Nervensystems gebildet: Neuronen und Gliazellen. Aber nicht alle Stammzellen werden zu Zellen des Nervensystems - einige von ihnen "verstecken" sich und warten in den Startlöchern.

Es wurde gezeigt, dass neue Neuronen aus Stammzellen des erwachsenen Organismus und bei niederen Wirbeltieren entstehen. Es dauerte jedoch fast fünfzehn Jahre, um zu beweisen, dass ein ähnlicher Prozess im Nervensystem von Säugetieren abläuft.

Fortschritte in den Neurowissenschaften in den frühen 1990er Jahren führten zur Entdeckung von "neugeborenen" Neuronen im Gehirn von erwachsenen Ratten und Mäusen. Sie wurden hauptsächlich in den evolutionär alten Teilen des Gehirns gefunden: den Riechkolben und dem Hippocampuskortex, die hauptsächlich für das emotionale Verhalten, die Stressreaktion und die Regulierung der Sexualfunktionen von Säugetieren verantwortlich sind.

Genau wie bei Vögeln und niederen Wirbeltieren befinden sich bei Säugetieren neuronale Stammzellen in der Nähe der Seitenventrikel des Gehirns. Ihre Umwandlung in Neuronen ist sehr intensiv. Bei erwachsenen Ratten werden pro Monat etwa 250.000 Neuronen aus Stammzellen gebildet, die 3% aller Neuronen im Hippocampus ersetzen. Die Lebensdauer solcher Neuronen ist sehr hoch - bis zu 112 Tage. Neuronale Stammzellen legen einen weiten Weg zurück (ca. 2 cm). Sie können auch in den Riechkolben wandern und dort zu Neuronen werden.

Die Riechkolben des Säugetiergehirns sind für die Wahrnehmung und Primärverarbeitung verschiedener Gerüche verantwortlich, einschließlich der Erkennung von Pheromonen - Substanzen, die in ihrer chemischen Zusammensetzung Sexualhormonen nahe stehen. Das Sexualverhalten von Nagetieren wird hauptsächlich durch die Produktion von Pheromonen reguliert. Der Hippocampus befindet sich unter den Großhirnhemisphären. Die Funktionen dieser komplexen Struktur sind mit der Bildung des Kurzzeitgedächtnisses, der Verwirklichung bestimmter Emotionen und der Beteiligung an der Bildung des Sexualverhaltens verbunden. Das Vorhandensein einer konstanten Neurogenese im Riechkolben und Hippocampus bei Ratten wird dadurch erklärt, dass diese Strukturen bei Nagetieren die funktionelle Hauptbelastung tragen. Daher sterben die Nervenzellen in ihnen oft ab, was bedeutet, dass sie erneuert werden müssen.

Um zu verstehen, welche Bedingungen die Neurogenese im Hippocampus und im Riechkolben beeinflussen, baute Professor Gage von der Salk University (USA) eine Miniaturstadt. Die Mäuse spielten dort, machten Sport, suchten Ausgänge aus den Labyrinthen. Es stellte sich heraus, dass bei "urbanen" Mäusen in viel größerer Zahl neue Neuronen entstanden als bei ihren passiven Verwandten, die in einem routinemäßigen Leben in einem Vivarium gefangen waren.

Stammzellen können aus dem Gehirn entnommen und in einen anderen Teil des Nervensystems verpflanzt werden, wo sie zu Neuronen werden. Professor Gage und seine Kollegen führten mehrere ähnliche Experimente durch, von denen das folgende am beeindruckendsten war. In die zerstörte Netzhaut eines Rattenauges wurde ein Hirngewebeabschnitt mit Stammzellen transplantiert. (Die lichtempfindliche Innenwand des Auges hat einen "nervösen" Ursprung: Sie besteht aus veränderten Neuronen - Stäbchen und Zapfen. Wenn die lichtempfindliche Schicht zerstört wird, stellt sich die Erblindung ein.) Aus den transplantierten Hirnstammzellen wurden Netzhautneuronen, ihre Fortsätze erreichten den Sehnerv und die Ratte erlangte ihr Sehvermögen zurück! Darüber hinaus fanden bei der Transplantation von Hirnstammzellen in ein intaktes Auge keine Transformationen mit ihnen statt. Wahrscheinlich werden bei einer Schädigung der Netzhaut einige Stoffe (zum Beispiel die sogenannten Wachstumsfaktoren) produziert, die die Neurogenese stimulieren. Der genaue Mechanismus dieses Phänomens ist jedoch noch nicht klar.

Die Wissenschaftler standen vor der Aufgabe zu zeigen, dass die Neurogenese nicht nur bei Nagetieren, sondern auch beim Menschen auftritt. Zu diesem Zweck haben Forscher unter der Leitung von Professor Gage kürzlich Aufsehen erregende Arbeit geleistet. In einer der amerikanischen onkologischen Kliniken nahm eine Gruppe von Patienten mit unheilbaren bösartigen Neubildungen das Chemotherapeutikum Bromdioxyuridin ein. Diese Substanz hat eine wichtige Eigenschaft - die Fähigkeit, sich in den sich teilenden Zellen verschiedener Organe und Gewebe anzusammeln. Bromdioxyuridin wird in die DNA der Mutterzelle eingebaut und nach der Teilung der Mutterzellen in Tochterzellen gespeichert. Pathologische Untersuchungen haben gezeigt, dass Bromdioxyuridin-haltige Neuronen in fast allen Teilen des Gehirns, einschließlich der Großhirnrinde, vorkommen. Diese Neuronen waren also neue Zellen, die aus der Stammzellteilung hervorgegangen sind. Der Fund bestätigte bedingungslos, dass der Prozess der Neurogenese auch bei Erwachsenen abläuft. Wenn die Neurogenese bei Nagetieren jedoch nur im Hippocampus auftritt, ist es beim Menschen wahrscheinlich, dass sie größere Bereiche des Gehirns einschließlich der Großhirnrinde erfassen kann. Neuere Studien haben gezeigt, dass neue Neuronen im erwachsenen Gehirn nicht nur aus neuronalen Stammzellen, sondern auch aus Blutstammzellen gebildet werden können. Die Entdeckung dieses Phänomens hat in der wissenschaftlichen Welt für Euphorie gesorgt. Doch die Veröffentlichung in der Zeitschrift "Nature" im Oktober 2003 kühlte begeisterte Köpfe in vielerlei Hinsicht ab. Es stellte sich heraus, dass Blutstammzellen zwar das Gehirn durchdringen, aber nicht zu Neuronen werden, sondern mit ihnen zu zweikernigen Zellen verschmelzen. Dann wird der „alte“Kern des Neurons zerstört und durch den „neuen“Kern der Blutstammzelle ersetzt. Im Körper der Ratte verschmelzen Blutstammzellen hauptsächlich mit den Riesenzellen des Kleinhirns - Purkinje-Zellen, obwohl dies eher selten vorkommt: Im gesamten Kleinhirn finden sich nur wenige verwachsene Zellen. Eine intensivere Fusion von Neuronen tritt in der Leber und im Herzmuskel auf. Es ist noch nicht klar, was die physiologische Bedeutung davon ist. Eine der Hypothesen ist, dass Blutstammzellen neues genetisches Material mit sich führen, das, wenn es in die "alte" Kleinhirnzelle eindringt, deren Leben verlängert.

So können auch im erwachsenen Gehirn aus Stammzellen neue Neuronen entstehen. Dieses Phänomen wird bereits häufig zur Behandlung verschiedener neurodegenerativer Erkrankungen (Krankheiten, die mit dem Absterben von Neuronen im Gehirn einhergehen) eingesetzt. Stammzellpräparate für die Transplantation werden auf zwei Wegen erhalten. Die erste ist die Verwendung neuronaler Stammzellen, die sich sowohl beim Embryo als auch beim Erwachsenen um die Ventrikel des Gehirns herum befinden. Der zweite Ansatz ist die Verwendung embryonaler Stammzellen. Diese Zellen befinden sich in einem frühen Stadium der Embryobildung in der inneren Zellmasse. Sie können sich in fast jede Zelle des Körpers verwandeln. Die größte Herausforderung bei der Arbeit mit embryonalen Zellen besteht darin, sie in Neuronen umzuwandeln. Neue Technologien machen es möglich.

Einige Krankenhäuser in den Vereinigten Staaten haben bereits "Bibliotheken" mit neuronalen Stammzellen erstellt, die aus embryonalem Gewebe gewonnen wurden und in Patienten transplantiert werden. Die ersten Transplantationsversuche zeigen positive Ergebnisse, obwohl Ärzte heute das Hauptproblem solcher Transplantationen nicht lösen können: Die grassierende Vermehrung von Stammzellen führt in 30-40% der Fälle zur Bildung bösartiger Tumoren. Es wurde noch kein Ansatz gefunden, um diese Nebenwirkung zu verhindern. Trotzdem wird die Stammzelltransplantation zweifellos einer der Hauptansätze bei der Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson sein, die zur Geißel der Industrieländer geworden sind.