Jetzt neu entdeckt: Botenstoff Interferon gamma weckt schlafende Hirnstammzellen
Ein Wunder des Körpers – so könnte man die Stammzellen auch nennen. Sie sind wahre Alleskönner, denn sie können sich zu ganz unterschiedlichen Zelltypen entwickeln: Aus einer pluripotenten Stammzelle kann eine Leberzelle, eine Hautzelle oder ein Blutkörperchen werden. Aber eine Stammzelle dazu zu bringen, eine neue Gehirnzelle zu bilden, ist nicht auf Knopfdruck zu machen.
Forscher vermuten nämlich, dass die sogenannten neuronalen Stammzellen bereits eine Art Vorbestimmung haben, welche Art von Nervenzelle sie eines Tages werden. Und noch etwas war bisher unklar: In welchem Zustand befinden sich die neuronalen Stammzellen? Könnten Sie sofort mit einer Regeneration beginnen? Und kann man das irgendwie erkennen?
Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums in Heidelberg (DKFZ) sind diesen Fragen nun auf den Grund gegangen und haben spannende Ergebnisse erhalten. Sie fanden heraus, dass der Botenstoff Interferon gamma in der Lage ist, bestimmte neuronale Stammzellen zu aktivieren, sodass sie ihren Ruhemodus verlassen. Interferon gamma wird vom Körper bei Sauerstoffmangel ausgeschüttet. Die Forscher konnten deutliche Hinweise finden, dass der Mechanismus dazu dient, die Reparatur der Schäden bei Nervenzellgewebe in Gang zu setzen. Wie sich diese Erkenntnisse allerdings gezielt für die Therapie nach Verletzungen des Gehirns, zum Beispiel nach einem Schlaganfall oder einem Gehirntumor und bei degenerativen Erkrankungen wie Demenz einsetzen lassen, muss weiter erforscht werden.
Gehirnzellen können sich nicht regenerieren? Falsch!
Viele Jahre lang galt das Dogma: Es gibt keine neuronalen Stammzellen und das Gehirn kann sich nicht regenerieren. Umso größer war daher die Überraschung, als dieser Zelltyp Anfang der 90er-Jahre doch nachgewiesen und isoliert werden konnte. Die neuronalen Stammzellen lassen sich vor allem in zwei Gehirnbereichen finden: im Hippocampus, wo sie an der Gedächtnisbildung beteiligt sind, und in der subventrikulären Zone. Diese gilt als Regenerationsquelle im Gehirn, weil hier das größte Reservoir der neuronalen Stammzellen angesiedelt ist. Forscher vermuten, dass jede neuronale Stammzelle bereits eine „Bestimmung“ hat und einen unterschiedlichen Entwicklungsweg nimmt, um sich zu verschiedenen Typen von Nervenzellen ausdifferenzieren zu können.
Welche Merkmale zeichnen neuronale Stammzellen mit regenerativem Potenzial aus?
Die Forscher des Deutschen Krebsforschungszentrums wollten es nun genauer wissen und stellten sich die Frage, ob es molekulare Merkmale gibt, die Stammzellen mit regenerativem Potenzial auszeichnen. Dafür musste die gesamte RNA – die Abschrift aller in diesen Zellen aktiven Gene – einzelner Stammzellen sequenziert werden.
Die Analyse ergab, dass sich die neuronalen Stammzellen in unterschiedlichen Stadien der Aktivierung befanden. Es gab nicht nur „schlafende“ Stammzellen oder jene, die sich gerade aktiv teilten, sondern auch Übergangsformen. Bildlich gesprochen waren diese Stammzellen bereits aus dem Tiefschlaf erwacht, aber noch nicht zum Einsatz geschickt worden.
Die schlafenden neuronalen Stammzellen zeichneten sich durch eine Charaktereigenschaft aus: einen unterschiedlichen Stoffwechsel, der mitentscheidend für die Differenzierung in bestimmte Zelltypen ist.
Welche Botenstoffe sind an der Aktivierung der Stammzellen beteiligt?
Im nächsten Schritt wollten die Wissenschaftler herausfinden, wie die Reaktion der neuronalen Stammzellen auf Hirnverletzungen ausfällt. Dazu wurde eine Mangeldurchblutung des Gehirns nachgestellt, erst danach erfolgte die Isolierung der Stammzellen. Die Analyse zeigte, dass nicht alle neuronalen Stammzellen auf die Sauerstoff-Unterversorgung reagierten, sondern eine bestimmte Subpopulation in den aufgeweckten Ruhezustand überging.
Als Botenstoff, der das Aktivierungssignal übermittelt, konnten die Forscher Interferon gamma nachweisen. Es signalisiert bei einem Sauerstoffmangel den Notfall und wirkt dabei ähnlich wie ein Wecker. Es ist in der Lage, bestimmte neuronale Stammzellen aus dem schlafenden Zustand in einen vor-aktiven Zustand zu versetzen. Damit läuft der Mechanismus bei den neuronalen Stammzellen ganz ähnlich ab wie bei schlafenden hämatopoetischen Stammzellen, den Blutstammzellen.
Für die Therapie von Verletzungen am Gehirn aufgrund von Unfällen und Tumoren sowie bei Schlaganfällen oder neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson ist das langfristige Ziel der Stammzellforschung das Ersetzen des geschädigten Hirngewebes durch neue Nervenzellen. Mit den aktuellen Erkenntnissen wächst die Hoffnung, dass sich mittels Interferon gamma die Regenerationsprozesse im Gehirn anregen lassen und somit in Zukunft eine Stammzelltherapie zur Verfügung stehen könnte. Für viele Betroffene wäre es eine große Hilfe, wenn ihre Leistungsfähigkeit auf diese Weise erhalten bliebe oder sich sogar verbessern ließe.
Große Hoffnung bei Demenz
Bis jetzt lässt sich beispielsweise Demenz nicht heilen, im bestens Fall mithilfe von Medikamenten verlangsamen. Das Leben der Betroffenen wird aufgrund der Krankheit nach und nach komplett auf den Kopf gestellt. Der Prozess beginnt meist schleichend mit „einfacher“ Vergesslichkeit. Doch die Schwierigkeiten steigern sich und innerhalb weniger Monate beziehungsweise Jahre können die Patienten selbst einfachste Dinge, wie sich waschen oder anziehen, nicht mehr alleine machen. Mit der Demenz geht ein totaler Gedächtnisverlust einher, weil immer mehr Nervenzellen absterben. Die Patienten werden zum Pflegefall.
Weltweit leben mehr als 74 Millionen Menschen mit einer Demenzerkrankung, alle 3,2 Sekunden erkrankt ein Mensch neu. Das bedeutet mehr als 25.000 Neuerkrankungen pro Tag. Allein im Jahr 2015 werden vermutlich mehr als neun Millionen Menschen die Diagnose Demenz erhalten. Sollte es jedoch möglich sein, neuronale Stammzellen zur Erneuerung von Gewebe im Gehirn zu bewegen, könnte das einen großen Fortschritt für all diese Betroffenen und ihre Angehörigen bedeuten.