Zika-Virus & neuronale Stammzellen

Frühe Hirnentwicklungsstörungen bei Infektion mit dem Zika-Virus nachgewiesen

Seit Herbst 2015 kommen vor allem in Süd- und Mittelamerika auffällig viele Babys mit einer Mikrozephalie zur Welt. Die Neugeborenen haben einen viel zu kleinen Kopf und zeigen Fehlentwicklungen im Gehirn. Es kommt zu geistigen Behinderungen und neurologischen Störungen. Zur gleichen Zeit breitete sich in der Region das Zika-Virus aus. Experten vermuteten sehr früh einen Zusammenhang zwischen einer Infektion mit dem Zika-Virus und der Mikrozephalie. Doch der wissenschaftliche Beweis ließ sich nur schwer führen.

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Das Zika-Virus hat fatale Wirkung auf die Gehirnentwicklung des ungeborenen Kindes, wenn sich die Mutter in einem sehr frühen Stadium der Schwangerschaft infiziert. Es greift neuronale Stammzellen an und sorgt dafür dass diese zu früh in normale Gehirnzellen ausreifen.

 

Seit sich das Zika-Virus in Süd- und Mittelamerika ausbreitete, kamen auffällig viele Babys mit Mikrozephalie zur Welt

In einem gemeinsamen Forschungsprojekt des Zentrums für Molekulare Medizin Köln, dem Institut für Medizinische Mikrobiologie, Immunologie und Hygiene sowie dem Deutschen Zentrum für Infektionsforschung sind Wissenschaftler der Frage nach der schädigenden Wirkung von Zika auf die frühkindliche Hirnentwicklung nachgegangen. Ihnen gelang es, einen Mechanismus aufzudecken, wie Zika zu den Missbildungen bei Neugeborenen von mit dem Zika-Virus infizierten Müttern beiträgt.

Für ihre Untersuchungen setzten die Kölner Forscher zunächst auf das Verfahren der induzierten pluripotenten Stammzellen. Sie entnahmen gesunden Probanden Hautzellen und programmierten sie zu quasi-embryonalen Stammzellen um. Mit Hilfe von Wachstumsfaktoren sorgten die Wissenschaftler dafür, dass sich die IPS-Zellen zu neuronalen Stammzellen entwickelten. Nun konnte in einem 3D-Experimentalmodell die frühe Hirnentwicklung nachgestellt und die schädigenden Auswirkungen von Zika näher untersucht werden. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forscher kürzlich im Wissenschaftsjournal „Cell Stem Cell“.

 

Für Ungeborene ist Zika nicht harmlos, wenn sich die Mutter zu einem frühen Zeitpunkt der Schwangerschaft infiziert

In der Regel verlaufen Zika-Infektionen harmlos. Viele Betroffene merken noch nicht einmal die Ansteckung. Gefährlich wird Zika, wenn sich eine Frau in der frühen Schwangerschaft erstmalig infiziert. Dann kann Zika bei dem Kind zu schweren Missbildungen am Schädel und Gehirn führen. Die Kinder kommen mit der Diagnose Mikrozephalie auf die Welt. Weltweit wollen Forscher den Zusammenhängen, die zu den Missbildungen führen, auf die Spur kommen. Doch die Forschung gestaltet sich schwierig, denn es gibt jede Menge ethische Probleme und Bedenken. Schließlich sind Mütter in der Schwangerschaft und ihre ungeborenen Kinder betroffen.

Einen Ausweg aus diesem Dilemma haben die Kölner Wissenschaftler mit der Verwendung von induzierten pluripotenten Stammzellen gefunden. Die dadurch in der Petrischale entstandenen neuronalen Vorläuferzellen (nVZ) sind Ausgangspunkt für die gesamte weitere Entwicklung des Gehirns. In der Kultur bildeten sich aus einzelnen Vorläuferzellen durch Anlagerung weiterer Zellen dreidimensionale Gebilde. Es handelt sich dabei um wenige Millimeter große Minigehirne, so genannte Hirnorganoide. Sie ähneln in vielen Dingen dem Verlauf der frühen embryonalen Hirnentwicklung. Dieses geschaffene Modellsystem ermöglicht im Reagenzglas die verschiedensten Untersuchungen, ohne dass ethische Bedenken dem entgegenstehen würden. Die Wissenschaftler nahmen natürlich die Auswirkungen von Infektionen mit neurotropen Viren auf die Gehirnentwicklung genau unter die Lupe.

 

Eine zu frühe Ausdifferenzierung von neuronalen Stammzellen wirkt sich negativ auf das Größenwachstum des Gehirns aus

Im Modell konnten die Wissenschaftler sehen, dass das Zika-Virus dazu führt, dass die nVZ sich bereits frühzeitig zu reifen Nervenzellen ausdifferenzieren. Was auf den ersten Blick harmlos erscheint, erweist sich als fatal für die Entwicklung des Gehirns. Durch die zu frühe Ausreifung der neuralen Vorgängerzellen fehlen die Stammzellen für das spätere Größenwachstum des Gehirns.

Hinter der Beobachtung vermuten die Wissenschaftler, dass das Zika-Virus die Zentrosomen schädigt. Dies sind Zellorganellen, die für die schnelle und präzise Zellteilung zuständig sind. Sie spielen daher eine große Rolle bei der Ausbreitung der neuronalen Vorläuferzellen.

Die Forscher sind sich ziemlich sicher, dass die Beobachtungen auf die epidemische Zika-Mikrozephalie in Südamerika durchaus übertragen werden können. Für ihre Infektionsversuche nutzten sie einen Zika-Virus-Stamm, der aus einem abgetriebenen Fötus mit Mikrozephalie gewonnen wurde. Experten sind sich einig, dass hier ein belastbarer, wissenschaftlicher Nachweis gelang, wie Zika Mikrozephalie auslöst.

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