Neurobiologie
Was Nerven wachsen lässt
Bild: DZNE/Sina Stern
Forscher verstehen immer besser, warum Verletzungen im Gehirn und im Rückenmark bisher irreparabel sind. Einer von ihnen, Frank Bradke, wurde mit dem Leibniz-Preis ausgezeichnet.
Wenn Frank Bradke von Nervenzellen und deren Zusammenwachsen nach einer Verletzung spricht, benutzt er oft das Bild eines Wagens im Straßenverkehr. Wenn das Auto fährt, wachsen die Zellen. Es gibt Stoppschilder, die das Wachstum unterbinden und einen Motor im Wagen, der das Wachstum antreibt. Bradke ist Neurowissenschaftler am Deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) in Bonn. Er versucht zu verstehen, warum Verletzungen im Zentralnervensystem (ZNS) – also in Gehirn und Rückenmark – nicht wieder heilen, während periphere Nerven, etwa in Händen oder Rumpf, gut nachwachsen. „Wir stehen noch ganz am Anfang“, sagt Bradke. „Aber wir sind auf dem Weg, Wachstum und Reparatur von Nervenbahnen zu verstehen.“ Seine Forschung zur Regeneration von Nervenfasern würdigt die Deutsche Forschungsgemeinschaft in diesem Jahr mit dem höchsten deutschen Forschungsförderpreis, dem Gottfried Wilhelm Leibniz-Preis.
Frank Bradke ist Gruppenleiter am Deutsches Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) in Bonn. Foto: DZNE/Laubertphoto
Stoppschilder stabilisieren die Funktion
Die Zellen des ZNS haben im Prinzip das gleiche Regenerationsvermögen, wie periphere Nervenzellen, jedoch ist es durch körpereigene Mechanismen abgeschaltet. Im Verlauf der Embryonalentwicklung wachsen die Nervenbahnen beim Menschen und anderen Säugetieren bis alle Kontakte geschlossen sind. Dann stellen sie ihr Wachstum ein – für immer. Bei Fischen, die entwicklungsgeschichtlich älter und einfacher gebaut sind, bleibt die Fähigkeit zum neuronalen Wachstum zeitlebens erhalten und Schäden am ZNS heilen gut. Doch bei Säugetieren sind die Verbindungen so komplex, dass sie nicht erneuert werden können, ohne das Risiko falscher Verknüpfungen einzugehen. Die Hemmstoffe, die Frank Bradke „Stoppschilder“ nennt, stabilisieren die Funktionsvielfalt unseres Nervensystems, indem sie die Erneuerung von Verbindungen ganz unterdrücken.
Das Konzept der Hemmstoffe hat Martin Schwab von der ETH und Universität Zürich vor 30 Jahren mitentwickelt und ein Protein identifiziert, das eines der wichtigsten Stoppschilder ist. Nogo A hat er es genannt – „da geht gar nichts“. Wird Nogo A von eigens dafür hergestellten, spezifischen Antikörpern eingefangen, so beobachten Schwab und Kollegen, dass an den Nervenzellen wieder Nervenfasern auswachsen. Im Versuch an Ratten, die eine Rückenmarksverletzung oder einen Schlaganfall erlitten hatten, konnten die Forscher damit eine gute Regeneration der verlorenen Körperfunktionen feststellen und auch erste klinische Tests mit rückenmarksverletzten Menschen liefern gute Ergebnisse.
Den Wachstumsmotor verstehen
Frank Bradke verfolgt einen anderen Ansatz. Ihn interessieren weniger die Stoppschilder, denn „hat man eins umgangen, sind da immer noch die anderen.“ Der Molekularbiologe will lieber Motor und Bremse des Wachstums verstehen und vielleicht irgendwann dahin kommen, Nervenzellen immun gegen die Hemmstoffe zu machen. Dazu richten die Bonner den Blick auf das Innere der Zellen, das von einem Geflecht aus Proteinröhrchen, den Mikrotubuli, gestützt wird. Wenn in jungen Nervenzellen Mikrotubuli wachsen, dann wachsen damit auch die Axone – das sind lange Fortsätze von Nervenzellen, über die die Signale laufen. Das ist ähnlich wie beim Knochenskelett: Wachsen unsere Knochen, wachsen auch wir. Bradke und sein Team konnten zeigen, dass die Mikrotubuli in verletzen Zellen des ZNS durcheinander geraten und das Axon ohne intaktes Rückgrat nicht weiter wächst. Der Arbeitsgruppe gelang es, zunächst mit Taxol, später auch mit Epothilon die Mikrotubuli so zu stabilisieren, dass die behandelten Nervenzellen das Wachstum wieder aufnahmen. Beide Präparate werden in der Krebstherapie eingesetzt.
Ist Reparatur doch möglich?
Taxol und Epothilon haben eine bemerkenswerte Doppelwirkung: „Sie fördern nicht nur das Wachstum der Nervenfortsätze, sondern hemmen gleichzeitig die Narbenbildung“, erklärt Bradke. „Und Narbengewebe enthält besonders viele Stoppschilder.“ Auf Epothilon setzen die Forscher große Hoffnung, da es nicht wie Taxol ins Nervensystem injiziert werden muss, sondern durch den Blutkreislauf verteilt werden kann. Andere Methoden, die derzeit in Deutschland getestet werden, nutzen Stammzellen oder verpflanzte Nervenfasern. Auch eine gezielte Verletzung im peripheren Bereich hat Potenzial, das Nervenwachstum im ZNS anzuregen.
Doch vor übergroßer Hoffnung warnen die Forscher einhellig: „Bei einer Querschnittslähmung oder einem großen Schlaganfall wird sehr vieles zerstört“, so der Schweizer Martin Schwab. Von Heilungschancen zu sprechen, solle man darum lieber vermeiden. Gute Chancen auf Besserung sieht er bei akuten, definierten Schäden des Rückenmarks, wie zum Beispiel einer Unfallverletzung. Dort könne man durch Physiotherapie die verbliebenen Nervenfasern aktivieren, so dass sie Funktionen des verletzten Gewebes übernehmen. Zusätzlich könnte in der Zukunft das Wachstum der Nervenzellen durch die Blockierung von Nogo A angeregt werden und vielleicht auch irgendwann durch Epothilon oder Stammzellen. Bei chronisch fortschreitenden Erkrankungen wie Alzheimer, so schränkt Schwab ein, konzentriere sich die Forschung gegenwärtig noch darauf, die schädigenden Prozesse zu verstehen und zu stoppen. Aber Ansatzpunkte sind da. Bradke erklärt: „Der Rückzug der Nervenzellen, den wir nach einer Rückenmarksverletzung unter dem Mikroskop sehen, ist quasi eine Demenzerkrankung im Zeitraffer.“
Martin Schwab freut sich über die Auszeichnung des jüngeren Kollegen. Er schätzt vor allem Bradkes Innovationssinn und sein breites Spektrum: „Vom Molekül über die Zelle bis zum ganzen Organismus hat er alles im Blick.“
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