Direkte neuronale Umprogrammierung: Eine vielversprechende Methode, um Nervenzellen nach Verlust aus körpereigenen Zellen zu erzeugen
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Forschenden des Helmholtz Zentrums München und des Biomedizinischen Zentrums der Ludwig-Maximilians-Universität München ist ein entscheidender Erfolg zur Wiederherstellung spezifischer Nervenzellen gelungen: Sie entwickelten eine Methode, mit der körpereigene Zellen, die infolge akuter traumatischer Hirnverletzungen zugrunde gegangen sind, zu Neuronen umprogrammiert werden. Vorteil dieser 'direkten neuronalen Umprogrammierung' ist, dass sie ohne Transplantation und Immunsuppression funktioniert. Die Arbeit wurde nun in Neuron veröffentlicht.
'Neuronale Regeneration' ist sowohl im Bereich akuter Hirnverletzungen, als auch bei neurodegenerativen Erkrankungen ein wichtiger Forschungsbereich: Nervenzellen, die für eine gesunde Hirnaktivität notwendig sind, gehen verloren. Das Gehirn erwachsener Säugetiere hat nur sehr begrenzte Möglichkeiten, entsprechende neue Neuronen zu produzieren. Bisher gängige Therapien wie Zelltransplantation erforderten eine Injektion ins Gehirn des Patienten sowie die Reduktion der körpereigenen Immunabwehr - Folge hierbei ist eine erhöhte Anfälligkeit für Infektionen und anderen Krankheiten.
Die Pionierarbeit der Gruppe um Prof. Magdalena Götz vom Helmholtz Zentrum München und vom Biomedizinischen Zentrum der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) verfolgte deshalb einen neuen in vivo-Ansatz: die direkte Umprogrammierung von Zellen vor Ort. Das Team zeigte, dass Gliazellen mit Faktoren, die während der Nervenzellbildung in der Entwicklung identifiziert wurden, in Neuronen umprogrammiert werden können. Dieser Ansatz wurde 2002 zunächst in der Kulturschale und dann im Gehirn von Mäusen in vivo entwickelt (Buffo et al., PNAS 2005) und 2015 von der Gruppe in Bezug auf die Effizienz weiter optimiert (Gascon et al., 2015). Die große, bis dahin nicht gelöste Herausforderung war, adäquate neuronale Subtypen zu generieren, die mit anderen Gehirnregionen verbunden sind.
"In der aktuellen Studie gelang es uns, Astrozyten*, die sich an verschiedenen Schichten befinden, nach einer Hirnverletzung in verschiedene neuronale Subtypen umzuprogrammieren. Dieser Erfolg ist neu und ein großartiger Schritt für die Regeneration von Nervenzellen, da in dieser Studie erstmals Nervenzellen verschiedener Schichten mit Verbindungen zu den gewünschten Hirnregionen wieder gebildet werden konnten", sagt Magdalena Götz.
Dieser Ansatz bietet die langfristige Perspektive, Neuronen zu ersetzen, die bei neurodegenerativen Erkrankungen oder nach akuten Verletzungen wie Traumata oder Schlaganfall verloren gegangen sind. Die bahnbrechenden Ergebnisse dieser Studie können auf andere Gehirnregionen ausgedehnt werden, die von anderen Krankheitsbildern betroffen sind.
"Wir sind überzeugt, dass unsere Erfolge auch die Stammzellforschung und Entwicklungsneurobiologie entscheidend voranbringt, weil wir herausgefunden haben, dass die Ursprungszellen einen sehr großen und spezifischen Einfluss auf die Umprogrammierung in verschiedene Nervenzellen haben. Außerdem können unsere Erkenntnisse zu völlig neuen Ansätzen in der medizinischen Anwendung führen", sagt Dr. Riccardo Bocchi aus Götzes Forschungsgruppe Neurale Stammzellen.
Götz' Team konzentriert sich nun darauf, diesen spannenden Ansatz in vielerlei Hinsicht weiterzuentwickeln. Es will die Wirkungsweise der Umprogrammierungsfaktoren verbessern und die funktionelle Integration der neuen Neuronen erforschen, um humane Gliazellen sicher in neue Neuronen zu verwandeln. Dem Ziel, Nervenzellen aus vorhandenem, eigenem neuronalen Gewebe zu ersetzen, ist das Team mit dieser Studie einen großen Schritt nähergekommen.
Weitere Informationen
Astrozyten* sind die häufigsten Vertreter der Gliazellen, die unter anderem das Stützgewebe im zentralen Nervensystem von Säugern bilden.
Originalpublikation:
Mattugini, Bocchi et al., 2019: Induzierung verschiedener neuronaler Subtypen aus Astrozyten in der verletzten Großhirnrinde der Maus. Neuron, DOI: 10.1016/j.neuron.2019.08.009
Das Institut für Stammzellforschung (ISF) untersucht die grundlegenden molekularen und zellulären Mechanismen der Stammzellerhaltung und -differenzierung. Daraus entwickelt das ISF Ansätze, um defekte Zelltypen zu ersetzen, entweder durch Aktivierung ruhender Stammzellen oder Neuprogrammierung anderer vorhandener Zelltypen zur Reparatur. Ziel dieser Ansätze ist die Neubildung von verletztem, krankhaft verändertem oder zugrunde gegangenem Gewebe. www.helmholtz-muenchen.de/isf
Das Helmholtz Zentrum München verfolgt als Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt das Ziel, personalisierte Medizin für die Diagnose, Therapie und Prävention weit verbreiteter Volkskrankheiten wie Diabetes mellitus und Lungenerkrankungen zu entwickeln. Dafür untersucht es das Zusammenwirken von Genetik, Umweltfaktoren und Lebensstil. Der Hauptsitz des Zentrums liegt in Neuherberg im Norden Münchens. Das Helmholtz Zentrum München beschäftigt rund 2.300 Mitarbeiter und ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, der 18 naturwissenschaftlich-technische und medizinisch-biologische Forschungszentren mit rund 37.000 Beschäftigten angehören. www.helmholtz-muenchen.de
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