Zellersatz im Gehirn

Tollwutviren zeigen Transplantationserfolg

Wissenschaftler unter Federführung der Universität Bonn nutzen Tollwutviren für ein neuartiges Testsystem: Gekoppelt an ein grün fluoreszierendes Protein zeigen die Viren, wo sich in Mäusegehirne implantierte Ersatzzellen mit dem Nervennetzwerk verschaltet haben.

Transplantat menschlicher Nervenzellen im Hippocampus einer Maus: Umgebende Neurone im Mausgehirn haben mit den transplantierten Zellen funktionelle Verbindungen geknüpft. Das Transplantat (rot) wurde mit einem grün markierten Tollwutvirus infiziert, welches rückwärts über Nervenzellkontakte hinweg in die Mausneurone übertragen wurde. (© Foto: Dr. Jonas Doerr)

Kombiniert mit einer ‚Vergläserung’ des Gehirns und der so genannten Lichtscheibenmikroskopie lässt sich so erstmals der Transplantationserfolg im gesamten Gehirn visualisieren. Die Forscher sehen in dieser Methode ein großes Potenzial für die Entwicklung von neuronalen Zellersatzverfahren. Die Ergebnisse sind nun im Fachjournal „Nature Communications” erschienen.

Bei zahlreichen Erkrankungen oder Verletzungen gehen Nervenzellen im Gehirn verloren. Wissenschaftler arbeiten daran, diesen Verlust durch die Transplantation von Ersatzzellen zu kompensieren. Bei der Parkinson-Erkrankung wird dies zum Beispiel mit eingepflanzten dopaminproduzierenden Nervenzellen versucht.

Die zentrale Frage bei solchen Verfahren ist, ob sich die implantierten Zellen tatsächlich mit dem bestehenden Nervennetzwerk verschalten und dadurch den Funktionsverlust ausgleichen. „Bisherige Methoden gaben nur einen unvollständigen oder sehr kleinräumigen Einblick zur funktionellen Integration implantierter Zellen im Gehirn“, sagt Prof. Dr. Oliver Brüstle vom Institut für Rekonstruktive Neurobiologie der Universität Bonn und der LIFE & BRAIN GmbH.

Anzeige

Viren breiten sich auch rückschreitend in den Nervenzellen aus
Zusammen mit Wissenschaftlern unterschiedlicher Disziplinen der Universität Bonn und Kooperationspartnern aus Köln und Chicago (USA) hat das Team um Prof. Brüstle ein neuartiges Verfahren entwickelt: „Damit lässt sich die Verschaltung implantierter Zellen im kompletten Gehirn hoch aufgelöst visualisieren.“

Grundlage dieser Technologie sind genetisch veränderte Tollwutviren. Dabei machen sich die Forscher zunutze, dass sich diese Viren über Nervenzellkontakte – so genannte Synapsen – rückschreitend im Nervensystem ausbreiten. Die genetisch veränderten und damit für den Menschen nicht mehr gefährlichen Tollwutviren tragen ein fluoreszierendes Protein, das die transplantierten Zellen und mit ihnen verbundene Nervenzellen des Transplantatempfängers unter dem Mikroskop grün leuchten lässt.

Dreidimensionaler Nervenschaltplan im „gläsernen“ Gehirn
Das Forscherteam transplantierte humane neurale Stammzellen in zwei verschiedene Gehirnregionen von Mäusen. Nach der Ausreifung der Stammzellen in Neurone infizierten die Wissenschaftler die Transplantate mit dem veränderten Tollwutvirus-Fluoreszenz-Komplex. Zu einem späteren Zeitpunkt wurden die transplantierten Gehirne einem speziellen Klärungsverfahren unterzogen.

„Dieses Verfahren erlaubt es, die Gehirne völlig transparent – man kann sagen „gläsern“ – werden zu lassen“, sagt Dr. Martin Schwarz von der Bonner Epileptologie, der diese Methode perfektioniert hat. Anschließend wird das „gläserne“ Gehirn ähnlich wie bei einer Computertomographie Schicht für Schicht mit einem so genannten Lichtscheibenmikroskop untersucht, das Prof. Dr. Ulrich Kubitscheck und sein Team vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Bonn eigens für diese Anwendung entwickelt haben.

„Mit diesem Verfahren wird das Gehirn in über 1000 virtuellen optischen Schnitten hochauflösend abgetastet; anschließend werden die Daten wieder dreidimensional rekonstruiert“, erklärt Prof. Kubitscheck. „Da die implantierten Neurone und mit ihnen verbundene Nervenzellen des Empfängers grün leuchten, lässt sich so eine dreidimensionale Gehirnkarte der mit dem Transplantat verbundenen Empfängerzellen, ein so genanntes Connectom erstellen“, sagt Dr. Jonas Doerr, der zusammen mit Martin Schwarz als Erstautor der Studie zeichnet.

Da in dem gläsern gemachten Gehirn das Gewebe nicht mehr sichtbar ist, haben die Forscher in einem letzten Schritt die Gehirnkarten digital mit Kernspindaten von Mausgehirnen unterlegt. „Ähnlich einem Globus kann so jede grün markierte Zelle einem bestimmten anatomischen Territorium zugeordnet werden“, so Prof. Dr. Mathias Hoehn vom Max-Planck-Institut für Stoffwechselforschung in Köln, dessen Gruppe diese Berechnungen durchgeführt hat.

Großes Potenzial für die Entwicklung von Nervenzelltransplantaten
„Unsere Befunde zeigen, dass die transplantierten Neurone sehr spezifisch in die Schaltkreise der jeweiligen Zielregion eingebaut werden“, berichtet Prof. Brüstle. Die neuartige Technologie birgt nach Überzeugung der Forscher ein großes Potenzial. Modellhaft ließen sich damit die Verschaltungsfähigkeit von Nervenzelltransplantaten vor einer klinischen Anwendung genau bestimmen und optimieren. In einem nächsten Schritt wollen die Wissenschaftler mit dem Tollwutvirus-System untersuchen, wie sich humane dopaminproduzierende Zellen am besten im Gehirn von Parkinson-Mäusen verschalten lassen.

Publikation:
Whole-brain 3D mapping of human neural transplant innervation, Nature Communications, DOI: 10.1038/ncomms14162.

Anzeige

Das könnte Sie auch interessieren

Anzeige

Nervenzellen sichtbar gemacht

Kartierung des Kleinhirns

Das menschliche Kleinhirn beherbergt auf 10 Prozent des Gehirnvolumens etwa 80 Prozent aller Nervenzellen – auf einen Kubikmillimeter können also über eine Million Nervenzellen entfallen. Ihre genauen Positionen und Nachbarschaftsbeziehungen sind...

mehr...

Zellbiologie

Wie wachsen Nervenzellen im All?

Wie entwickelt sich der erste im Weltall geborene Mensch? Was wie eine Frage aus einem Science-fiction-Roman klingt, ist Hintergrund eines aktuellen Forschungsprojekts der Universität Hohenheim in Stuttgart.

mehr...
Anzeige

Integriertes Datenmanagement

Ihre im Labor erzeugten Daten können Sie sicher und strukturiert in einem System sammeln. NEC und labfolder bieten ein Mittel für die effiziente Verwaltung großer wissenschaftlicher Datensätze an.

mehr...
Anzeige
Anzeige
Anzeige

Highlight der Woche

Integriertes Datenmanagement
Die Herausforderung bei der Digitalisierung des Laboralltags besteht im Wechsel von Papierlaborbüchern und Computerdateien zu einer Datenmanagementsoftware, die große Datensätze strukturiert innerhalb eines einzigen Systems sammelt.

Zum Highlight der Woche...

Fliegende Brutschränke

Nervenzellen im All

Langsamere Reaktionen und verändertes Aufnahmevermögen von Medikamenten – in der Schwerelosigkeit funktionieren Nervenzellen nicht mehr wie gewohnt. Warum das so ist, untersuchen nun zwei Wissenschaftler der Universität Hohenheim – und schicken die...

mehr...

Newsletter bestellen

Immer auf dem Laufenden mit dem LABO Newsletter

Aktuelle Unternehmensnachrichten, Produktnews und Innovationen kostenfrei in Ihrer Mailbox.

AGB und Datenschutz gelesen und bestätigt.
Zur Startseite