Embryonale Nervenzellen: Nicht nur Lückenfüller

9. November 2016
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Inwieweit transplantierte embryonale Nervenzellen in ein bestehendes Nervennetz integriert werden, war bisher unklar. Forscher zeigten nun im Mausmodell: Die neuen Zellen gliedern sich vollständig ein und verknüpfen sich auch mit nachgeschalteten Zellen erfolgreich.

Neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer oder Parkinson, aber auch ein Schlaganfall oder bestimmte Verletzungen, führen zum Verlust von Nervenzellen. Da das Säugetiergehirn verlorene Nervenzellen nur in einzelnen, kleinen Bereichen selbst ersetzen kann, ist der Zellverlust in der Regel permanent.

Die Transplantation junger Nervenzellen in ein betroffenes Nervennetzwerk, zum Beispiel bei Patienten mit der Parkinson-Krankheit, lassen auf die Möglichkeit einer medizinischen Verbesserung der klinischen Symptome hoffen. Ob die in bisherigen Studien transplantierten Zellen jedoch helfen, vorhandene Lücken zu überbrücken, oder ob sie tatsächlich die Aufgaben der verlorenen Zellen übernehmen, blieb unbekannt.

Übernehmen neue Nervenzellen ihre Aufgaben?

In einer gemeinsamen Studie, die vom Sonderforschungsbereich 870 der Deutschen Forschungsgemeinschaft unterstützt wurde, haben Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Neurobiologie, der Ludwig-Maximilians-Universität München und des Helmholtz Zentrums München nun die funktionale Integration transplantierter Nervenzellen in der Sehrinde der Maus untersucht.

„Dieser Hirnbereich war optimal für unsere Untersuchungen“, erklärt Magdalena Götz, die sich die Leitung der Studie mit Mark Hübener teilt. Der fügt hinzu: „Mittlerweile kennen wir die Verknüpfungen und Funktionen dieser Nervenzellen so gut, dass wir einschätzen konnten, ob die neuen Nervenzellen echte Aufgaben im Netzwerk übernehmen.“

Im Versuch transplantierten die Forscher embryonale Nervenzellen der Großhirnrinde in läsionierte Sehrindennetzwerke erwachsener Mäuse. Im Verlauf der folgenden Wochen und Monate beobachteten die Neurobiologen dann unter dem Zwei-Photonen-Mikroskop, wie sich die unreifen Nervenzellen zu Pyramidenzellen ausdifferenzierten, die in den beschädigten Bereich gehören.

Exakte Netzwerk-Verknüpfungen

„Allein zu sehen, dass die Zellen überleben und sich weiterentwickeln, war schon eine aufregende Beobachtung“, berichtet Mark Hübener, der zusammen mit Tobias Bonhoeffer am Max-Planck-Institut für Neurobiologie den Aufbau und die Funktion der Sehrinde entziffert. „Doch richtig spannend wurde es, als wir die Signale der neuen Zellen näher unter die Lupe genommen haben.“

In ihrer gemeinsamen Studie konnten die Wissenschaftler Susanne Falkner und Sofia Grade zeigen, dass die neuen Zellen sich genauso wie die Nervenzellen dieser Region verknüpfen und auf Sehreize antworteten. Außerdem wurde auch die Verbindungen der transplantierten Nervenzellen im Gehirn untersucht.

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Transplantierte Nervenzellen (blau) verknüpfen sich im adulten Mäusehirn spezifisch und stabil mit Nervenzellen des Empfängergewebes (gelb) und können durch Verletzungen entstandene Lücken im neuronalen Netzwerk schließen

Erstaunlicherweise verknüpfen sich die Pyramidenzellen, die aus den transplantierten Jungzellen entstanden waren, mit exakt den richtigen Nervenzellen im gesamten Netzwerk des Gehirns.

Regenerationsfähigkeit auch bei erwachsenen Gehirnen

So erhielten sie die gleichen Informationen wie die ausgefallenen, ursprünglichen Zellen des Nervennetzwerks und konnten diese entsprechend verarbeiten. Auch die nachgeschalteten Nervenzellen entsprachen denen der untergegangenen Zellen.

„Die fremden Nervenzellen haben somit mit hoher Genauigkeit eine Lücke in einem neuronalen Netzwerk geschlossen, das unter natürlichen Umständen niemals neue Nervenzellen integrieren würde“, sagt Magdalena Götz, die mit ihren Teams am Helmholtz Zentrum und der Ludwig-Maximilians-Universität untersucht, wie verlorene Nervenzellen wieder ersetzt werden können.

Die neue Studie zeigt nun, dass mit Hilfe fremder Zellen auch das erwachsene Säugetiergehirn seine Regenerationsfähigkeit behält und so funktionale Lücken in einem bestehenden Netzwerk schließen kann.

Originalpublikation:

Transplanted embryonic neurons integrate into adult neocortical circuits
Susanne Falkner et al.; Nature, doi: 10.1038/nature20113; 2016

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1 Kommentar:

Und wie verhalten sich die Stammzellen bei demyelinisierenden Erkrankungen -z.B.MS– auch,wenn die Entmarkung der Nervenbahnen schon seit Jahren besteht!?

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