Mikroglia im Gehirn

Aktuelle Neuroforschung: Prozesse im Gehirn sowie Gehirnstrukturen im Retina-Modell beobachten

Für die Erforschung von Gehirnstrukturen nutzt die Neurobiologin Sandra Siegert die Retina als Modellsystem. Sie interessiert sich für die Fragen: Wie verändern Immunzellen das Nervensystem? Führen diese Veränderungen zu Nervenerkrankungen?

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Die Netzhaut (Retina) ist ein nur 200 µm dickes Gewebe, das das innere Auge auskleidet und so für die visuelle Informationsaufnahme sorgt, denn auf der Netzhaut sind die verschiedenen Sehzellen angesiedelt. Die Retina eignet sich als Modellsystem, um an ihr die größeren Gehirnstrukturen zu erforschen. Für Neurobiologen besonders interessant sind derzeit die Mikroglia und ihre Aufgabe im Gehirn. Sind sie an der Entstehung von neurodegenerativen Krankheiten beteiligt?

 

Im Forschungsfokus: Neurobiologen interessieren sich besonders für Mikrogliazellen

Siegert forscht in Klosterneuburg am IST, dem Institute of Science und Technology Austria. Die aus Deutschland stammende Wissenschaftlerin will hier herausfinden, wie Nervenzellen und Zellen des Immunsystems miteinander kommunizieren und ob es Unterschiede im kranken und gesunden Zustand gibt.

Bei der Forschungsarbeit stößt Siegert auch immer wieder auf Mutationen. Wird eine solche Erbgutveränderung entdeckt, muss zunächst geklärt werden, was die Mutation verursacht hat und wie sich die Mutation auf das ganze komplexe System auswirkt. Dabei konzentriert sich das Forschungsteam von Siegert auf ganz bestimmte Zellen im Gehirn: Die Mikrogliazellen. Sie sind seit über 100 Jahren bekannt. Bislang dachten Neurobiologen, dass dieser Zelltyp zum Immunsystem gehöre und keine direkten Auswirkungen auf die Funktion von Nervenzellen haben kann. Seitdem feststeht, dass diese Annahme über Mikrogliazellen wohl falsch ist, ist dieser Typ von Gehirnzellen sehr stark in den Forschungsfokus gerückt.

 

Gliazellen sind die Stütze des Gehirns

Ungefähr die Hälfte der Milliarden von Gehirnzellen sind Gliazellen. Das Wort „Glia“ kommt übrigens aus dem Griechischen und lässt sich mit „Leim“ oder „Kleber“ übersetzen. Da Gliazellen das Gehirn zusammenhalten und stützen, kommt der Name also nicht von ungefähr. Sie haben damit im Denkorgan fast die gleiche Funktion wie das Bindegewebe im restlichen Körper. Ohne Gliazellen kann das gesamte Nervensystem nicht funktionieren, denn der Zelltyp übernimmt neben der Stützfunktion noch weitere wichtige Aufgaben: Gliazellen versorgen die Nervenzellen mit Nahrung und Energie. Sie kümmern sich außerdem um die Entsorgung und den Abtransport der Stoffwechselendprodukte. Damit sind Gliazellen auch die Müllmänner des Gehirns.

Ungefähr ein Fünftel der Gliazellen bestehen aus Mikroglia. Diese Zellen kommen normalerweise ins Spiel, wenn es um die Reparatur von Verletzungen und Erkrankungen der Nervenzellen geht. Experten rechnen die Mikroglia dem Immunsystem zu. Erst vor zehn Jahren entdeckten Wissenschaftler, dass die Mikroglia nicht starr an einem festen Platz sitzen, sondern sich relativ frei durch das Nervensystem bewegen können. Dabei interagieren sie mit verschiedenen Nervenzellen.

 

Mikrogliazellen sind wichtig für ein vollfunktionsfähiges Gehirn

Für das korrekte Funktionieren des Nervensystems ist es wichtig, ob die Mikrogliazellen aktiviert sind oder nicht. Normalerweise sind die Mikroglia im nicht-aktivierten Zustand lang und dünn. Im aktivierten Zustand verändern sie ihre Struktur. Sie werden kurz und dick. Außerdem beginnen sie, Zellstrukturen aktiv einzukapseln und im Anschluss abzubauen. So können sie tatsächlich Nervenzellen „verdauen“. Aktivierte Mikrogliazellen wurden bereits bei vielen Krankheiten des Gehirns nachgewiesen – unter anderem bei Alzheimer, Parkinson oder Multipler Sklerose. So gefährlich wie die aktivierten Mikrogliazellen auch sein mögen, es gibt ernstzunehmende Hinweise darauf, dass die Aktivierung notwendig ist, damit sich das Gehirn korrekt entwickeln kann. Bei der Neuronalen Ceroid-Lipofuszinose (NCL), oftmals als „Kinderdemenz“ beschrieben, könnten Veränderungen in der Arbeitsweise der Mikroglia an der Krankheit beteiligt sein.

Das Klosterneuburger Forscherteam interessiert sich daher auch ganz konkret für die Fragen: Welche Prozesse lösen eine Aktivierung der Mikrogliazellen aus? Woher weiß eine aktivierte Mikroglia, wann sie krankhafte Zellen entfernen soll und wann besser nicht?

 

Die Netzhaut fungiert als vereinfachtes Gehirnmodell

Um den Antworten auf diese Fragen näher zu kommen, arbeiten die österreichischen Wissenschaftler mit einem Modell für das Gehirn. Sie nutzen dafür die Netzhaut. Ganz wie das Gehirn kommen in der Retina verschiedene Typen von Nervenzellen vor. Die Netzhaut besteht jedoch lediglich aus einer dünnen Schicht. Sie lässt sich daher wesentlich leichter manipulieren.

Für die Untersuchung wurden Mäuse gezielt genetisch manipuliert. Sie fungieren als Modelltiere und damit als lebender Organismus, der ganz bestimmte Mutationen aufweist. Siegerts Team arbeitet gleichzeitig auch mit induzierten, pluripotenten Stammzellen, die aus der Haut von menschlichen Probanden gewonnen werden. Aus diesen im Labor gezüchteten Alleskönnerzellen lassen die österreichischen Forscher kleine Netzhautmodelle wachsen. Damit können die Ergebnisse aus den Mäuseversuchen direkt in ein menschliches System übertragen werden. Beispielsweise können die Forscher untersuchen, was passiert, wenn erkrankte Mikroglia in gesunde Retina-Strukturen eingebracht werden.

 

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