Ein tiefer Einblick in die Rückenmarksregeneration

Nach einer Rückenmarksverletzung wachsen die Nervenfasern nicht wieder zusammen, neuronale Ausfälle bis hin zur Querschnittslähmung sind die Folge. Bei der Erforschung neuer Therapiemöglichkeiten sind Wissenschaftler immer wieder mit einem experimentellen Problem konfrontiert: Die Nerven sind im Rückenmark tief ins Gewebe eingebettet und mit Methoden der Mikroskopie schwer zugänglich. Dieser experimentellen Hürde sind Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler um Professor Frank Bradke, Deutsches Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE), nun mit der Entwicklung einer neuen Technologie begegnet. Im Tiermodell behandelten sie das Gewebe des Rückenmarks mit Substanzen, die es für Licht durchlässig machen. So lässt sich der Regenerationsprozess sehr viel schneller und genauer unter dem Mikroskop untersuchen, als dies bisher möglich war. Die Arbeiten wurden während Bradkes Forschungszeit am Max-Planck-Institut für Neurobiologie (Martinsried) in Zusammenarbeit mit Kollegen der Technischen Universität Wien durchgeführt und werden nun in der renommierten Zeitschrift Nature Medicine veröffentlicht. Seit Juli 2011 ist Bradke Wissenschaftler am DZNE in Bonn.

Neurone im zentralen Nervensystem sind von einer Myelinschicht umgeben. Diese Schicht schützt die Nervenzellen, verhindert aber auch ihre Regeneration nach Verletzungen. Warum ist das so? Wie kann man Nervenzellen dazu bewegen, die Verletzungsstelle dennoch zu überbrücken? Um diese Fragen zu beantworten untersuchen Wissenschaftler weltweit den Regenerationsprozess unter dem Mikroskop. Da das Rückenmark auch in Mäusen zu dick und undurchsichtig ist, um es als Ganzes im Mikroskop zu untersuchen, wurde das Gewebe bisher dazu in feine Scheiben geschnitten. Das ist nicht nur mühsam, sondern auch fehlerträchtig, denn beim Zusammensetzen der so entstandenen Teildaten können Ungenauigkeiten auftreten.

Bradke und sein Team haben nun eine Methode entwickelt, mit der das Rückenmark der Maus als Ganzes mikroskopiert werden kann. Dazu wird das Gewebe so behandelt, dass es für Licht durchlässig wird, also transparent erscheint. Der Wasseranteil des Gewebes wird durch eine Substanz ersetzt, die das Licht in ähnlicher Weise bricht, wie die Lipide und Proteine des Gewebes. So kann das Licht leichter in das Gewebe eindringen. Ihre Methode zur Behandlung des Gewebes kombinierten die Forscher mit hochentwickelten Mikroskopietechniken, so zum Beispiel der Ultramikroskopie, bei der das Gewebe mit einem Laserstrahl von der Seite beleuchtet wird.

Mit ihrer neuen Methode untersuchten Bradke und seine Kollegen die Regeneration von Nervenfasern in Mäusen bis zu einem Jahr nachdem das Rückenmark durchtrennt wurde. Die Nervenfortsätze, so zeigten sie, bilden auch nach Durchtrennung des Rückenmarks nicht nur einige Aussprossungen, sondern vereinzelt auch Fortsätze, die die Läsion überwinden können. Nervenzellen im Rückenmark sind demnach nicht ganz so wachstumsresistent, wie bisher angenommen. Darüber hinaus zeigten Bradke und seine Kollegen, dass sie die Wachstumspfade von Nervenzellen, die durch ein bestimmtes methodisches Verfahren zur Regeneration angeregt wurden, mit bisher unerreichter Genauigkeit beobachten konnten. In weiteren Experimenten wollen die Forscher nun therapeutische Möglichkeiten der Rückenmarksregeneration genauer untersuchen.

Die enormen Fortschritte in der Zellbiologie der letzten Jahrzehnte sind zu einem großen Teil auch das Ergebnis der Entwicklung neuer Mikroskopietechnologien und Methoden. Die Entwicklung von Bradke und seinen Kollegen ist in dieser Hinsicht ein weiterer wichtiger Fortschritt. Die Methode ist nicht auf Untersuchungen des Rückenmarks beschränkt – auch andere Gewebe lassen sich mit dieser Technologie für die Mikroskopie zugänglicher machen. So ist es zum Beispiel denkbar, mit der neuen Technologie die Vernetzungsstruktur des Gehirns zu analysieren. Damit wäre sie auch ein wertvolles Instrument in der Erforschung neurodegenerativer Erkrankungen.

Originalpublikation:

Ali Ertürk, Christoph P Mauch, Farida Hellal, Friedrich Förstner, Tara Keck, Klaus Becker,
Nina Jährling, Heinz Steffens, Melanie Richter, Mark Hübener, Edgar Kramer, Frank Kirchhoff, Hans Ulrich Dodt & Frank Bradke. Three-dimensional imaging of the unsectioned adult spinal cord to assess axon regeneration and glial responses after injury. Nature Medicine, Online publiziert: 25.Dez. 2011. DOI: 10.1038/nm.2600

Kontaktinformation:

Dr. Katrin Weigmann
Deutsches Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE)
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Tel: + 49 (0) 228 43302-263
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