Neuronentransplantationen können Gehirnstromkreise reparieren

Eine neue Studie des Neurowissenschaftlers der Harvard Universität, Jeffrey Macklis und Kollegen, legt nahe, dass es möglich ist, fetale Neuronen in einen Teil des Gehirns der Maus zu transplantieren, der normalerweise keine neuen Gehirnzellen generiert, und sie werden abnormale Schaltkreise reparieren. In diesem Fall reparierten die Forscher einen genetischen Defekt, der Fettleibigkeit verursacht, aber das war nicht das Ziel ihrer Arbeit, die den Nachweis des Prinzips erbringen sollte, dass transplantierte Neuronen sich in bestehende fehlerhafte Hirnstromkreise integrieren und diese wiederherstellen können.
Die Studie, online in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaft am 25. November, stellt die Idee in Frage, dass man Schlüsselbereiche des Säugetiergehirns nicht reparieren kann.
Die Forscher von der Harvard University, dem Massachusetts General Hospital (MGH), dem Beth Israel Deaconess Medical Center (BIDMC) und der Harvard Medical School (HMS) verwendeten mutante Mäuse, die genetisch verändert wurden, um den Rezeptor für Leptin, ein Hormon, das auf Gehirn wirkt, zu haben Zellen im Hypothalamus, um den Stoffwechsel zu regulieren und das Körpergewicht zu kontrollieren. Ohne diesen Rezeptor werden Mäuse krankhaft fettleibig und diabetisch.
Diese Art von genetisch modifizierter Maus wird üblicherweise als Tiermodell zur Erforschung von Fettleibigkeit, Diabetes und Dyslipidämie verwendet und ist als "db / db-Maus" bekannt.
Die Forscher nahmen normale Hypothalamus-Neuronen, die in einer bestimmten Entwicklungsphase ausgewählt wurden, aus den Gehirnen von fötalen Mäusen, denen der Leptin-Rezeptor fehlte, und transplantierten sie in den Hypothalamus der mutierten Mäuse. Um die transplantierten Zellen in einer mikroskopisch kleinen Region des Hypothalamus genau an der richtigen Stelle zu platzieren, verwendeten sie eine Methode, die als "hochauflösende Ultraschallmikroskopie" bekannt ist.
Die transplantierten Neurone reparierten die defekten Hirnstromkreise, so dass die mutierten Mäuse auf Leptin ansprechen konnten, mit dem Ergebnis, dass sie wesentlich weniger Gewicht erhielten.
Die Mäuse, die die transplantierten Zellen erhielten, wuchsen immer noch dicker als normale Mäuse, aber sie waren nicht so fett wie krankhaft fettleibige Mäuse, die die Transplantate nicht erhalten hatten, und sie wurden nicht diabetisch. Die Transplantatempfänger wogen einige Tage nach der Geburt etwa 40 bis 45 Gramm, verglichen mit 25 Gramm für normale Mäuse und 55 bis 60 Gramm für fettleibige Mäuse, die einer Placebo-artigen Operation unterzogen wurden, ohne neue Neuronen zu erhalten.
Macklis und Kollegen untersuchten auch, was in den Gehirnen der Mäuse geschah, nachdem sie die Transplantate erhalten hatten. Sie verwendeten mehrere Marker, einschließlich der Tatsache, dass ein anderes Gen in den transplantierten Neuronen bewirkt, dass ein Protein in einem gegebenen Licht grün fluoresziert, um dem Weg der Zellen zu folgen. Sie fanden heraus, dass sich die transplantierten Neuronen auf verschiedene Typen spezialisiert hatten, die normalerweise im Hypothalamus vorkommen. Nicht nur das, sie hatten auch Synapsen mit anderen Neuronen gebildet: Synaptische Verbindungen sind essentiell für die Kommunikation der Gehirnzellen untereinander.
Die Forscher schreiben in ihrer Zeitung:
"Donorneuronen differenzierten und integrierten sich als vier verschiedene hypothalamische Neuronsubtypen, bildeten funktionelle exzitatorische und inhibitorische Synapsen, teilten die Leptinreaktivität und verbesserte Hyperglykämie und Fettleibigkeit in db / db-Mäusen auf."
Sie zeigten auch, dass die neuen hypothalamischen Neuronen das gleiche Muster der elektrischen Aktivität wie normale Neuronen als Antwort auf Leptin hatten und mit den nativen Neuronen kommunizieren.
Macklis sagte Science JETZT, dass die neuen Neuronen sich wie "Antennen" für Leptin verhalten und diese Signale ins Gehirn senden. Er und seine Kollegen schreiben in ihrer Schlussfolgerung:
"Diese Experimente dienen als Beweis dafür, dass transplantierte Nervenzellen komplexe neuronale Schaltkreise im Säugetiergehirn funktionell rekonstituieren können."
Sie hoffen, dass die Fähigkeit, Hirnstromkreise auf diese Weise zu reparieren, die Tür für die Behandlung einer Reihe von Erkrankungen auf höherer Ebene öffnet, darunter Rückenmarksverletzungen, Autismus, Epilepsie, Huntington-Krankheit, Parkinson-Krankheit und ALS (Lou-Gehrig-Krankheit).
Der Weg zu solchen neuen Wegen dürfte jedoch auch Herausforderungen und Versprechungen mit sich bringen. Innerhalb des letzten Monats hatten wir die Nachricht, dass Geron, das kalifornische Biotech-Unternehmen, sich aus der Studie zur Stammzellen-Reparatur bei Rückenmarksverletzungen zurückgezogen hat und es scheint, als ob es aus Mangel an Geldmitteln ist, dass es sich aus Stammzellenarbeit zurückzieht. Und Studien, die fetale Zelltransplantate zur Behandlung der Parkinson-Krankheit testen, haben auch nicht die erwarteten Versprechen erbracht.
Aber Macklis und Kollegen scheinen optimistischer zu sein und weisen auf neue Erkenntnisse in ihrer Studie hin, wie zum Beispiel die Bedeutung der fetalen Neuronen genau zu dem Zeitpunkt, an dem sie sich in verschiedene Arten von hypothalamischen Neuronen differenzieren. Frühere Experimente könnten fehlgeschlagen sein, weil die Wissenschaftler die Wichtigkeit dieses Timings nicht erkannt haben. Es könnte zum Beispiel notwendig sein, die Signale in der neuen Umgebung an die Bereitschaft der transplantierten Zellen anzupassen, sie zu empfangen.
Sie nennen ihre Studie einen "proof of concept" für die breitere Idee, dass neue Neuronen defekte komplexe Schaltkreise im Gehirn von Säugetieren integrieren und modifizieren können.
Sie bewegen sich jetzt auf das, was sie "kontrollierte Neurogenese" nennen, wo Wissenschaftler das Wachstum neuer Gehirnzellen aus dem Inneren des Gehirns steuern und damit einen neuen Weg zu regenerativen Therapien eröffnen.
Macklis sagte Harvard Gazette:
"Der nächste Schritt für uns ist es, parallele Fragen von anderen Teilen des Gehirns und des Rückenmarks zu stellen, die an ALS und an Rückenmarksverletzungen beteiligt sind."
"Können wir in diesen Fällen Schaltungen im Säugetiergehirn wiederherstellen? Ich vermute, dass wir das können", fügte er hinzu.
Gelder von den National Institutes of Health, dem Jane und Lee Seidman Fund für die Zentralnervensystemforschung, dem Emily und Robert Pearlstein Fund für die Reparatur des Nervensystems, der Picower Foundation, dem Nationalen Institut für neurologische Störungen und Schlaganfall, Autism Speaks und der Nancy Lurie Marks Family Foundation, bezahlt für die Studie.
Geschrieben von Catharine Paddock

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