Geschrieben von Catharine Paddock, Ph.D. am 11. Februar 2019 – Fakten geprüft von Jasmin CollierForscher haben einen Schritt nach vorne gemacht in der Suche nach einer Pille, die die Gehirnfunktion wiederherstellen kann, die durch Schlaganfälle, Hirnverletzungen und Bedingungen wie Alzheimer verloren gegangen ist.
Wissenschaftler der Pennsylvania State University (Penn State) in State College verwandelten Gliazellen in funktionierende Neuronen, indem sie eine Kombination aus nur vier kleinen Molekülen verwendeten.
Gliazellen können unter anderem Neuronen unterstützen und schützen, das sind Zellen, die die geistigen Funktionen des Gehirns ausführen.
In einer neuen Studienarbeit, die jetzt in der Zeitschrift Stem Cell Reports erscheint, beschreiben die Forscher, wie ihre umgewandelten Neuronen mehr als 7 Monate in Laborkulturen überlebten.
Die neuen Neuronen zeigten auch die Fähigkeit, wie normale Gehirnzellen zu arbeiten. Sie bildeten Netzwerke und kommunizierten sowohl über elektrische als auch chemische Signale miteinander.
Gliazellen vermehren sich nach Verletzung
Der leitende Studienautor Gong Chen, der Professor für Biologie an der Penn State ist, erklärt, dass sich Neuronen nicht regenerieren, wenn Hirngewebe beschädigt wird.
„Im Gegensatz dazu“, fügt er hinzu, „können sich Gliazellen, die sich um beschädigtes Hirngewebe sammeln, nach einer Hirnverletzung vermehren.“
In ihrer Studienarbeit erklären er und sein Team, wie Gliazellen Narben bilden, die die Neuronen vor weiteren Verletzungen schützen.
Durch ihre ständige Anwesenheit blockieren die Glia-Narben jedoch auch das Wachstum neuer Neuronen und die Signalübertragung zwischen ihnen.
Bisherige Versuche, die Regeneration von Neuronen durch die Entfernung der Glia-Narben wiederherzustellen, hatten „nur begrenzten Erfolg“, bemerken die Studienautoren.
Prof. Chen glaubt, dass „der beste Weg zur Wiederherstellung verlorener neuronaler Funktionen“ darin besteht, neue Neuronen aus den Gliazellen in der Nähe der toten Neuronen zu schaffen.
Reprogrammierung von Astrozyten in Neuronen
In früheren Arbeiten hatten Prof. Chen und sein Team gezeigt, dass es möglich ist, einen Typ von Gliazellen, Astrozyten genannt, mit neun kleinen Molekülen in einer bestimmten Reihenfolge chemisch in Neuronen umzuprogrammieren“. Als sie jedoch untersuchten, wie man die Methode vom Labor in die Klinik übertragen könnte, stellten sie fest, dass sie zu kompliziert war.
Das Ziel der neuen Studie war es daher, eine kleinere Kombination der Moleküle zu finden, die Astrozyten auf einfachere Weise in funktionierende Neuronen umprogrammieren kann.
Die Forscher testeten Hunderte von Kombinationen, bis sie eine wirksame Formel aus „vier Kerndrogen“ fanden.
„Durch die Verwendung von vier Molekülen“, erklärt die erste Studienautorin Jiu-Chao Yin, die Doktorandin der Biologie an der Penn State ist, „die vier kritische Signalwege in menschlichen Astrozyten modulieren, können wir menschliche Astrozyten – bis zu 70 Prozent – effizient in funktionierende Neuronen verwandeln.“
Das Team testete auch die Wirkung des Weglassens eines der vier Moleküle aus der Formel. Keine Drei-Wirkstoff-Formel war jedoch so effektiv wie die Vier-Wirkstoff-Version. Tatsächlich war die beste Dreierkombination um 20 Prozent weniger wirksam als die Viererkombination.
Die Verwendung von nur einem der Moleküle reichte nicht aus, um die Astrozyten in Neuronen umzuwandeln.
Einfache Alternative zur Gentherapie
Prof. Chen und seine Kollegen arbeiten schon seit einiger Zeit an der Regeneration von Neuronen. Bevor sie sich der chemischen Reprogrammierung zuwandten, hatten sie mit der Gentherapie experimentiert.
Sie kamen jedoch zu dem Schluss, dass ein gentherapeutischer Ansatz, der rund 500.000 Dollar pro Person kosten könnte, zu teuer wäre. Außerdem erfordert die Durchführung der Gentherapie anspruchsvolle, fortschrittliche Techniken und Fachwissen.
Prof. Chen erklärt, dass der Hauptvorteil des chemischen Programmieransatzes darin besteht, dass „eine Pille, die kleine Moleküle enthält, weit in der Welt verteilt werden könnte und sogar ländliche Gebiete ohne fortschrittliche Krankenhaussysteme erreicht.“
Außerdem fanden er und sein Team heraus, dass die Injektion der vier Medikamente in erwachsene Mäuse die Bildung neuer Gehirnzellen im Hippocampus erhöhte, einer Region des Gehirns, die eine Rolle beim Gedächtnis spielt.
Noch viel Arbeit vor uns
Die Studienautoren weisen darauf hin, dass die Ergebnisse nur ein Schritt in Richtung Neuronenregeneration in einer Pille sind. Es gibt noch viel zu tun, um die richtige Formel zu entwickeln, vor allem in Bezug auf die „Verpackung und Lieferung“ der kleinen Moleküle.
Die Forscher müssen nicht nur ihre Wirksamkeit bestätigen, sondern auch die Nebenwirkungen und die Sicherheit der Medikamente erforschen.
Sie sind jedoch zuversichtlich, dass ihre neue Vier-Wirkstoff-Formel eines Tages ihr Potenzial als einfache Behandlung für Menschen entfalten wird, die durch Hirnverletzungen, Schlaganfall und neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer ihre neuronale Funktion verlieren.
„Mein ultimativer Traum ist es, ein einfaches Medikamentenverabreichungssystem zu entwickeln, wie eine Pille, die Schlaganfall- und Alzheimer-Patienten auf der ganzen Welt helfen kann, neue Neuronen zu regenerieren und ihre verlorenen Lern- und Gedächtnisfähigkeiten wiederherzustellen.“
Prof. Gong Chen