Reparieren durchtrennter Rückenmarks

Mit seiner Armee von Zellen und unzähligen Antikörpern ist unser Immunsystem gut darauf ausgelegt, Angriffe durch schädliche Bakterien, Viren und andere Mikroben abzuwehren. Aber es könnte auch der Schlüssel zu einem seit langem bestehenden Rätsel sein, wie Rückenmarksverletzungen behandelt werden können, die jedes Jahr Tausende von Menschen gelähmt zurücklassen. Ein bekanntes Beispiel ist der unglückliche Ausgang des Sturzes des Schauspielers Christopher Reeve vom Pferd.

Die Hoffnung auf neue Behandlungsmethoden ergibt sich aus der jüngsten Forschung an Makrophagen-Immunzellen, die zu den ersten gehören, die auf den Plan treten, wenn der Körper eine Wunde oder Infektion erleidet. Angezogen von Chemikalien, die an der beschädigten Stelle freigesetzt werden, eilen Makrophagen zu Entzündungsherden und wirken wie Zellstaubsauger, indem sie eindringende Mikroorganismen, tote oder sterbende Zellen und andere Ablagerungen aufnehmen.

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Diese Geschichte war Teil unserer Ausgabe vom Mai 1997



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Diese Aufräumarbeiten sind unerlässlich, da sie es dem Körper ermöglichen, eine Wunde effizient zu reparieren. Wenn Sie sich eine Wundstelle als Schlagloch auf der Straße vorstellen, besteht die Aufgabe von Makrophagen darin, alle zerbröckelten Straßenpflaster zu entfernen, bevor das Loch gefüllt wird.

Immer mehr Beweise deuten jedoch darauf hin, dass das menschliche Zentralnervensystem – das Gehirn und das Rückenmark – sich selbst die heilende Berührung dieser Immunzellen verweigert. Während Makrophagen normalerweise nicht im zentralen Nervensystem existieren, sollten sie anscheinend in der Lage sein, dorthin zu wandern, wenn sie von entzündlichen Chemikalien angelockt werden. Vor einigen Jahren begannen Forscher jedoch zu zeigen, dass nur wenige Makrophagen auf Hirn- oder Rückenmarksverletzungen reagieren.

Diesem Hinweis folgend, hat ein Forschungsteam um Michal Schwartz vom israelischen Weizmann Institute of Science kürzlich herausgefunden, dass das zentrale Nervensystem von Säugetieren ein Molekül absondert, das die Rekrutierung und Aktivität von Makrophagen hemmt. Laut Schwartz hemmt das Molekül, das die Forscher noch benennen müssen, auch Mikroglia-Zellen im Gehirn, die die Gesundheit von Neuronen genau zu überwachen scheinen und sich als Reaktion auf bestimmte Reize in Makrophagen verwandeln.

Warum sollte unser zentrales Nervensystem die Mittel besitzen, das normalerweise hilfreiche Immunsystem zu hemmen? Schwartz spekuliert, dass die Kontrolle über Makrophagen von entscheidender Bedeutung ist, wenn das Gehirn von Säugetieren eine versehentliche Zerstörung seiner komplizierten neuronalen Schaltkreise verhindern soll. Sie stellt fest, dass Makrophagen wahllose Esser sind und manchmal gesunde Zellen an einer Wundstelle genauso leicht verschlingen wie Bakterien und tote Zellen. Bei den meisten Geweben ist dies ein vernünftiger Kompromiss, um zu gewährleisten, dass eine Wunde richtig gereinigt wird. Im Gehirn und Rückenmark kann jedoch jeder Zellverlust verheerende Folgen haben. So glaubt Schwartz, dass das Zentralnervensystem das Risiko eliminiert hat, dass Makrophagen es fälschlicherweise schädigen könnten, indem es Wirkstoffe entwickelt, die die Zellen unterdrücken. Das sei ein Vorteil für das gesunde Gehirn, sagt sie, aber ein Nachteil bei einer Verletzung.

Schwartz behauptet, dass die Unterdrückung dieser Immunzellen der gut dokumentierten Unfähigkeit des menschlichen Rückenmarks zugrunde liegt, sich selbst zu reparieren. Bei einer Rückenmarksverletzung bleibt eine Person gelähmt, weil sich die Axone des Rückenmarks, die langen Kabel, die eine Nervenzelle mit einer anderen verbinden, nicht regenerieren, wenn sie gequetscht oder durchtrennt werden. Beschädigte Nervenzellen senden zwar neue Verlängerungen aus, aber das Wachstum dieser noch jungen Axone kommt schnell zum Stillstand.

Warum sich Axone des Rückenmarks beim Menschen nicht vollständig regenerieren, während Axone in Armen und Beinen und anderswo in unserem peripheren Nervensystem dies relativ leicht tun, war lange Zeit ein frustrierendes Rätsel. Jahrzehntelang dachten Wissenschaftler einfach, dass das Rückenmark von Säugetieren nicht die Fähigkeit hätte, Axone zu reparieren. In letzter Zeit herrschte Konsens darüber, dass sich Axone im Zentralnervensystem zwar regenerieren können, aber Substanzen in ihrer Umgebung aktiv ihr komplettes Nachwachsen vereiteln. Zum Beispiel enthält das Zentralnervensystem neben dem Makrophagen-hemmenden Molekül von Schwartz eine Art Myelin - die fettige Isolierung, die Axone umgibt -, die mindestens ein Protein enthält, das ein regenerierendes Axon direkt in seinen Bahnen stoppt. Seltsamerweise enthält Myelin aus dem peripheren Nervensystem dieses Protein nicht.

Schwartz behauptet, dass Makrophagen benötigt werden, um loses Myelin, das das Axon-hemmende Protein enthält, und andere Materialien, die die Stelle einer Rückenmarksverletzung durchdringen, effizient zu entfernen. In jüngsten Experimenten an Ratten testete Schwartz’ Gruppe die therapeutischen Kräfte von Makrophagen an durchtrennten Sehnerven, den dicken Axonbündeln, die Informationen zwischen der Netzhaut des Auges und dem Gehirn übertragen. Ermittler arbeiten mit Sehnerven, weil sie in ihrer Unfähigkeit, Axone nach einer Verletzung zu regenerieren, denen des Rückenmarks entsprechen und leichter überwacht werden können. Im vergangenen Herbst berichtete die Gruppe von Schwartz, dass Makrophagen, die an der Stelle des durchtrennten Sehnervs einer Ratte platziert wurden, das Nachwachsen neuer Axone über die Läsion hinweg anregten.

Die Herausforderung bestand darin, die normalerweise im Ruhezustand befindlichen Makrophagen dazu zu bringen, in ihren wundheilenden Staubsaugermodus zu wechseln. Die Forscher fanden heraus, dass die Makrophagen-Transplantate bei der ersten Anzucht der Immunzellen im Labor mit Gewebe aus dem Zentralnervensystem der Ratte fehlschlugen, vermutlich weil das von Schwartz’ Gruppe entdeckte immunsupprimierende Molekül die Aktivierung der Zellen verhinderte. Wenn jedoch Makrophagen mit peripheren Nervensegmenten gezüchtet wurden, stimulierten Transplantate der Zellen die Regeneration der Axone.

Wissenschaftler, die ähnliche Experimente an zerquetschten Rückenmarks von Ratten durchgeführt haben, haben ebenfalls ermutigende Ergebnisse erzielt. Wir nahmen aktivierte Makrophagen, steckten sie in das verletzte Rückenmark und fanden eine verbesserte Regeneration, sagt Wolfgang Streit, Neurowissenschaftler am University of Florida Brain Institute. Streit schlägt vor, dass die Makrophagen zusätzlich zu ihren Reinigungsfunktionen Pfade für das Wachstum von Axonen ebnen können, indem sie Komponenten der extrazellulären Matrix, einem Netz aus Proteinen und anderen Molekülen, das den Raum zwischen den Zellen ausfüllt, ablegen.

Obwohl die ersten Ergebnisse verlockend waren, steckt der Einsatz von Makrophagen-Transplantaten zur Behandlung von Rückenmarksverletzungen noch in den Kinderschuhen. Der nächste kritische Schritt besteht darin, zu beweisen, dass die Axone des Rückenmarks, die sich nach der Makrophagentherapie regenerieren, tatsächlich die Funktion gelähmter Gliedmaßen wiederherstellen können. Sowohl Streit als auch Schwartz führen bereits Tierversuche durch, um dieser Frage nachzugehen.

Obwohl solche Beweise noch nicht vorliegen, sind die Forscher optimistisch, dass die Makrophagen-Transplantationstherapie Teil des Arsenals werden wird, das Ärzte zur Behandlung von geschädigten Wirbelsäulen einsetzen. Die Frage ist nicht mehr, ob sich Axone des Rückenmarks regenerieren können, sagt Wise Young, ein Ermittler für Rückenmarksverletzungen an der New York University, sondern wie wir sie dazu bringen können, viel effizienter nachzuwachsen.

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