Besonders Astrozyten, auch Sternzellen genannt, rücken dabei zunehmend in den Fokus der Forschung. Ein internationales Team unter Leitung der Heinrich-Heine-Universität (HHU) Düsseldorf hat nun einen bislang verborgenen Aspekt dieser Zellen sichtbar gemacht: ihre Natriumkonzentration, und zwar mit bislang unerreichter Genauigkeit direkt im Hirngewebe.

Die unterschätzte Macht der Elektrolyte

Natriumionen gehören zu den wichtigsten Elektrolyten des menschlichen Körpers. Ohne sie könnten Nervenzellen keine elektrischen Signale weiterleiten, Muskeln sich nicht zusammenziehen und Gehirnnetzwerke nicht funktionieren. Aufgenommen wird Natrium hauptsächlich über Kochsalz.

Auch im Gehirn ist die Konzentration der positiv geladenen Natriumionen streng reguliert. Gerade Astrozyten benötigen niedrige intrazelluläre Natriumwerte, um ihre Aufgaben erfüllen zu können. Sie kontrollieren unter anderem die Konzentration von Botenstoffen an den Synapsen. Das sind jene Kontaktstellen, an denen Nervenzellen miteinander kommunizieren. Gleichzeitig regulieren sie weitere Elektrolyte und beeinflussen damit die Erregbarkeit neuronaler Netzwerke.

Bislang ging die Forschung davon aus, dass diese Natriumkonzentrationen in Astrozyten weitgehend einheitlich seien. Genau diese Annahme wollten die Düsseldorfer Forschenden überprüfen.

Ein Blick in einzelne Zellbereiche

Am Institut für Neurobiologie der HHU entwickelte das Team um Christine Rose im Rahmen des vom Bundesforschungsministerium geförderten Projekts „SynGluCross“ eine Methode, mit der sich der Natriumgehalt einzelner Astrozyten und sogar ihrer feinsten Zellausläufer direkt im Hirngewebe sichtbar machen lässt.

An der Studie beteiligt waren außerdem Forschende der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, der Universität Bonn, des Universitätsklinikums Bonn sowie der University of South Florida.

Die Ergebnisse überraschten die Forschenden. Denn die Natriumkonzentrationen unterschieden sich deutlich — nicht nur zwischen einzelnen Astrozyten, sondern sogar innerhalb verschiedener Bereiche derselben Zelle.

Gemeinsam mit den Erlangen-Nürnberger Kolleginnen und Kollegen konnte das Team außerdem zeigen, dass spezielle Transportmoleküle in den Zellmembranen für diese Unterschiede verantwortlich sind. Diese kommen in unterschiedlichen Astrozyten verschieden häufig vor und besitzen zudem unterschiedliche Zusammensetzungen.

Astrozyten arbeiten offenbar hochspezialisiert

Die Forschenden aus den USA überführten die experimentellen Daten in biophysikalische Computermodelle. In den Simulationen ließen sich die Beobachtungen aus dem Labor reproduzieren. Die Bonner Arbeitsgruppen überprüften die Resultate zusätzlich im Tiermodell.

Für Jan Meyer, Erstautor der Studie, weisen die Ergebnisse auf eine bislang unterschätzte funktionelle Vielfalt der Astrozyten hin: