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Montag, 29.05.2017
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Gehirn befreit sich mit eigenem Abwassersystem von Abfällen

Neu entdecktes Leitungsnetz entsorgt auch schädliche Alzheimer-Eiweiße

Forscher haben ein zuvor unbekanntes Entwässerungssystem im Gehirn entdeckt. Dieses verzweigte Leitungsnetz aus speziellen Zellen pumpt Hirnwasser und Abfallstoffe unter Druck aus dem Denkorgan. Es übt damit eine ähnliche Funktion aus wie die Lymphbahnen im Körper. Ausfindig gemacht haben die Wissenschaftler das Pumpsystem mit Hilfe einer speziellen Mikroskopie-Methode im Gehirn von Mäusen. Bisher habe man angenommen, dass Abfallstoffe nur langsam und passiv aus dem Gewebe in die Blutgefäße des Gehirns diffundieren. Jetzt zeige sich, dass das Gehirn zusätzlich noch ein deutlich schnelleres Entsorgungssystem besitze, berichtet das internationale Forscherteam im Fachmagazin "Science Translational Medicine". Dieses spiele auch eine wichtige Rolle beim Abtransport von gesundheitsschädigenden Abfallstoffen, wie beispielsweise dem Alzheimer-Eiweiß Amyloid-Beta.
Hirngewebe mit sternförmige Astrozyten in der Aufnahme eines Spezialmikroskops

Hirngewebe mit sternförmige Astrozyten in der Aufnahme eines Spezialmikroskops

"Die Abfallentsorgung ist für jedes Organ von entscheidender Bedeutung", erklärt Studienleiterin Maiken Nedergaard von der University of Rochester. Das gelte besonders für das Gehirn. Denn nahezu bei allen neurodegenerativen Krankheiten wie Alzheimer oder Parkinson würden sich Abfallstoffe im Gehirn sammeln, die im Laufe der Zeit immer mehr Gehirnzellen schädigen und abtöten. Für solche Substanzen kannte man im Gehirn bisher nur einen Entsorgungsweg. Bei diesem sickert das Hirnwasser mitsamt den in ihm gelösten Stoffen langsam durch die Gefäßwände in die Hirnvenen. "Jetzt zeigt sich, dass das Gehirn sich weitaus organisierter, schneller und effektiver selbst reinigt als bisher gedacht", sagt Nedergaard.

Dichtes Leitungsgeflecht um die Gehirngefäße


Wie die Wissenschaftler feststellten, wird das neuentdeckte Abwassernetz von den langen Ausläufern spezieller Stützzellen des Gehirns gebildet, den sogenannten Astrozyten. Sie umhüllen als dichtes Geflecht die Blutgefäße des Gehirns und verbinden sie mit den Zellzwischenräumen und den Flüssigkeitsreservoirs im Denkorgan. Diese Zellen bilden ein eigenes Pumpsystem, über das Flüssigkeit aus dem Gehirngewebe aufgenommen und aktiv durch spezielle Kanäle in die Adern zurückgepresst wird. Weil diese Funktion der des Lymphsystems im Körper ähnelt, tauften die Forscher das Leitungsnetz des Gehirns "glymphatisches System" - Das "g" steht dabei für Gliazellen, den Zelltyp, zu dem die Astrozyten gehören. Obwohl die Forsche dieses Leitungsnetz bisher nur bei Mäusen nachgewiesen haben, gehen sie davon aus, dass es auch beim Menschen und anderen Säugetieren vorhanden ist. "Weil der Mensch ein größeres Gehirn besitzt, könnte diese aktive Entsorgung für ihn sogar noch wichtiger sein als für die Nagetiere", schreiben die Wissenschaftler.

"Das ist ein hydraulisches System. Wenn man es öffnet, wird es unterbrochen und funktioniert nicht mehr", erklärt Nedergaard. Das sei auch der Grund, warum man es trotz Jahrzehnten der Hirnforschung erst jetzt entdeckt habe. Denn die Pumpfunktion der Astrozyten lasse sich nur im intakten Gehirn lebender Tiere beobachten. Nachweisen konnten die Forscher sie daher nur mit Hilfe einer speziellen Mikroskopie-Methode, der Zwei-Photonen-Mikroskopie. Sie ermöglichte es, den Fluss des mit einem Kontrastmittel markierten Hirnwassers im Gehirn lebender Mäuse sichtbar zu machen. An isoliertem Hirngewebe untersuchten die Wissenschaftler anschließend die Feinstruktur der Astrozyten und der feinen Wasserkanäle in den Enden ihrer Zellausläufer.


Schnelle Entsorgung von Alzheimer-Eiweißen


In einem weiteren Versuch spritzten die Forscher Mäusen markierte Amyloid-Beta-Eiweiße ins Gehirngewebe, diese fehlgebildeten Proteine gelten als Auslöser der Alzheimer-Demenz. Bei gesunden Mäusen sei das Amyloid-Beta innerhalb einer Stunde größtenteils abgeleitet worden, berichten die Wissenschaftler. Bei Mäusen, deren Astrozyten-Kanäle durch einen genetischen Defekt blockiert waren, habe man nach der gleichen Zeit noch mehr als doppelt so viel fehlgebildetes Eiweiß im Gehirn gefunden. Das zeige, dass das Pumpsystem für Alzheimer und andere hirnorganische Erkrankungen eine wichtige Rolle spielen könnte. "Vielleicht könnte man die Aktivität des Pumpsystems bei Alzheimerpatienten erhöhen und so verhindern, dass sich noch mehr krankmachende Eiweiße in ihrem Gehirn sammeln", sagt Erstautor Jeffrey Iliff von der University of Rochester. doi:10.1126/scitranslmed.3003748)
(Science Translational Medicine, 16.08.2012 - NPO)
 
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