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Eine harte Forscher-Nuss: Regeneration im zentralen Nervensystem

Auf den ersten Blick könnten die Arbeitsgebiete unterschiedlicher nicht sein. Neurochirurgen des Tübinger Universitätsklinikums arbeiten an der Regeneration des Hörnervs und an der Wiederherstellung der Blasenfunktion. Die Gemeinsamkeit: In beiden Fällen müssen Nervenfasern dazu gebracht werden, nachzuwachsen.

Ist das Nervenkostüm des Menschen erst einmal ausgebildet, gibt es genetisch festgelegte Mechanismen, die ein weiteres neurales Wachstum verhindern. Wird jedoch ein peripherer Nerv verletzt, können Nervenfasern spontan nachwachsen - zumindest in gewissem Umfang. Für diese Regeneration sind wachstumsfördernde Faktoren wichtig, die von der Nervenumhüllung (Schwann-Zellen und die von ihnen gebildete Myelinscheide) beigesteuert werden.

Auch nach einer Verletzung im zentralen Nervensystem (ZNS) versuchen die Nervenfasern, nachzuwachsen. Es bilden sich winzige Fortsätze, die allerdings nicht einmal Millimeterlänge erreichen. Das liegt daran, dass das Myelin des ZNS im Gegensatz zum Myelin des peripheren Nervensystems (PNS) Faktoren enthält, die das Nervenwachstum hemmen. Prof. Martin Schwab von der ETH Zürich hat bereits in den 80er Jahren herausgefunden, dass sich die Myelinscheide des ZNS negativ auf eine Regeneration auswirkt. Heute kennt man zumindest einige der dafür verantwortlichen Proteine, zum Beispiel NOGO-A.

Wachstumsbremse soll gelöst werden

Die Forscher der Klinik für Neurochirurgie am UKT setzen an solchen inhibitorischen Proteinen an, um das Wachstum wieder in Gang zu bringen. Das Team um den Ärztlichen Direktor Prof. Dr. Marcos Tatagiba hat einen Weg gefunden, wachstumshemmende Proteine mithilfe spezifischer Antikörper so zu blockieren, dass eine therapeutisch sinnvolle Regeneration möglich wird.

Schema der Hörbahn. (Abb: UKT/Klinik für Neurochirurgie)

Schema der Hörbahn. (Abb: UKT/Klinik für Neurochirurgie)

Tatagiba untersucht das zurzeit an Ratten, die ihr Hörvermögen durch eine Schnittläsion verloren haben. "Wenn wir der Ratte Antikörper gegen NOGO-A applizieren, sehen wir deutlich Fasern, die über die Läsion hinauswachsen - dies ist ein morphologischer Hinweis, dass sich etwas tut. Außerdem erhalten wir bei elektrophysiologischen Ableitungen hinter der Läsion wieder typische Nerven-Signale. Insgesamt interpretieren wir das als Regeneration, aber die Verhaltensexperimente zeigen uns, dass die Ratten trotzdem nicht wieder hören konnten" sagt Tatagiba.

Morphologische Untersuchung der zentralen und peripheren Hörbahn (HE-Färbung) (Abb: UKT/Klinik für Neurochirurgie)

Morphologische Untersuchung der zentralen und peripheren Hörbahn (HE-Färbung) (Abb: UKT/Klinik für Neurochirurgie)

Diesem Widerspruch ist er nun auf der Spur. Im Rahmen eines dreijährigen BioProfile-Projekts der BioRegio STERN will er in Kooperation mit der Tübinger HNO-Klinik Klarheit schaffen. Zunächst untersuchen die Forscher, ob die regenerierenden Fasern tatsächlich Synapsen bilden. Außerdem soll erforscht werden, ob es möglich ist, die Neuronei des Spiralganglions am Leben zu erhalten. Die Zellen in diesem Nervenknoten des Innenohrs sterben normalerweise fast vollständig ab, wenn der Hörnerv durchtrennt ist - vermutlich, weil damit der Transport von neutrotrophen Faktoren gestört ist, die die Zellen des Spiralganglions zum Überleben brauchen.

Die Ergebnisse sind - so zumindest die Hoffnung der Forscher - der erste Schritt auf dem Weg zu einer Behandlung tauber Menschen. Wenn die Taubheit von Verletzungen des Hörnervs oder von Tumoren wie dem Akusticus-Neurinom herrühren, könnte die Hörfunktion eines Tages mithilfe von Antikörpern wiederhergestellt werden, die die Nervenwachstumsinhibitoren ausschalten.

Vergleich zwischen Oberflächen- und penetrierenden Elektroden bezüglich der Tonotopie im Hörkern des Hirnstamms (Abb: UKT/Klinik für Neurochirurgie)

Vergleich zwischen Oberflächen- und penetrierenden Elektroden bezüglich der Tonotopie im Hörkern des Hirnstamms (Abb: UKT/Klinik für Neurochirurgie)

Regeneration des Hörvermögens mit Implantaten

Einen völlig anderen Ansatz zur Regeneration des Hörvermögens verfolgt Tatagiba bei akustischen Hirnstamm-Implantaten, kurz ABIs. Solche Implantate setzen Tatagiba und seine Kollegen bereits erfolgreich in der Klinik an. Bisher werden die Implantate in Form von Oberflächenelektroden direkt über dem Kern des Hörnervs am Hirnstamm angesetzt. Gemeinsam mit den Projektpartnern vom NMI Reutlingen suchen die Tübinger Neurochirurgen nach Alternativen, denn "wir sind der Meinung, dass penetrierende Elektroden ein besseres Ergebnis liefern können", so Tatagiba.

Die größte Hürde ist die Biokompatibilität der Elektroden. Zum einen müssen sie eine geeignete Oberfläche aufweisen, die keine schädlichen Wechselwirkungen mit Körperzellen und -flüssigkeiten eingeht. Deshalb testen die Projektpartner verschiedene Materialien und auch biologische Beschichtungen. Zum anderen müssen die Elektroden eine gewisse Flexibilität aufweisen. "Der Hirnstamm pulsiert mit dem Herzschlag, also brauchen wir Elektroden, die beim Eingriff steif genug sind, um sie sicher vor Ort zu verankern. Sie sollten bei Körpertemperatur dann jedoch so weich werden, dass sie keine Verletzungen hervorrufen" sagt Tatagiba.

Nervenregeneration ermöglicht Blasenkontrolle trotz Querschnittslähmung

Bei diesem klinisch orientierten Projekt soll mithilfe von Nervenverpflanzungen die Blasenfunktion bei Querschnittsgelähmten regeneriert werden. Die Chirurgen verbinden dazu zwei periphere Nerven miteinander, deren Reflexbogen im Rückenmark so weit oben liegt, dass die darüber liegende Läsion keinen Einfluss auf die Signalübertragung hat. "Wir verbinden die motorische Wurzel, die für die Bewegung des Beins wichtig ist, mit dem Nerv, der die Kontraktion der Blase steuert" erklärt Tatagiba das bestechend einfache Konzept. Der Patient kann dann mit der Hand über eine bestimmte Stelle des Oberschenkels streichen und dadurch die Blasenentleerung auslösen. Dieses Projekt führen die Neurochirurgen in enger Zusammenarbeit mit Urologen des Universitätsklinikums durch.

Prinzipiell ist das Verfahren erfolgreich. Zur weiteren Optimierung wird jetzt erforscht, ob sich die Nervenwurzel der einen Körperseite besser eignet als die der anderen oder ob man mit einer Verpflanzung auf beiden Seiten die besten Ergebnisse erzielt. Wenn zwei periphere Nerven erfolgreich miteinander verbunden werden können, ist es nicht weit zur Idee, das ZNS zur Überbrückung zu nutzen. Sobald es Tatagiba und seinem Team gelingt, Forschungsgelder dafür zu bekommen, wollen sie diese faszinierende Option zur Nervenregeneration erforschen. Dabei sieht Tatagiba bei allem Optimismus auch die Grenzen dieses Ansatzes und möchte keine falschen Hoffnungen wecken: "Die Funktionen im Rückenmark sind hochkomplex, deshalb ist eine vollständige Regeneration äußerst unwahrscheinlich." Eine enorme Verbesserung der Körperfunktionen und damit der Lebensqualität des Patienten steht aber sehr wohl in Aussicht.

leh - 17.10.2006
© BIOPRO Baden-Württemberg GmbH, Erstveröffentlichung unter www.bio-pro.de<, dem Biotech/Life Sciences Portal des Landes Baden-Württemberg. Alle Rechte vorbehalten.

Weitere Informationen:

Universitätsklinikum Tübingen
Klinik für Neurochirurgie

Prof. Dr. med. Marcos Tatagiba
Ãrztlicher Direktor
Hoppe-Seyler-Straße 3
72076 Tübingen

Telefon: 7071 29-80325 (Sekretariat) Fax: 7071 29-4549 marcos [dot] tatagiba [at] med [dot] uni-tuebingen [dot] de
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