Hilfe im Kampf gegen die Hirnalterung

Forschern ist es gelungen, Hautzellen von Menschen verschiedener Altersgruppen in Hirnzellen umzuwandeln, die ihrem Alter entsprachen.

Unsere Gehirnzellen verändern sich mit dem Alter: Bestimmte Gene werden aktiver, andere lassen in ihrer Wirkung nach, während die Membran, die den Zellkern beinhaltet, langsam zu degenerieren beginnt. Moleküle, die in jungen Zellen noch feinsäuberlich getrennt sind, präsentieren sich zunehmend unorganisiert.

Um neue Ansätze für den Kampf gegen die Hirnalterung zu finden, müssen Forscher natürlich auch mit passendem Neuronenmaterial arbeiten. Nun ist es Wissenschaftlern um Jerome Mertens vom Salk Institute for Biological Studies gelungen, aus gewöhnlichen Hautzellen lebende Kulturen menschlicher Neuronen zu machen – Testumgebungen, die helfen sollen, Alterungsprozesse zu erforschen und eines Tages vielleicht umzukehren.

Bislang schufen Wissenschaftler Neuronen im Labor mit Hilfe von Stammzelltechnologien, doch diese Ansätze produzierten stets Nervenzellen im Embryonalstadium.

Mertens und seine Kollegen nahmen nun Hautzellen von Spendern verschiedener Altersgruppen und wandelten sie in Neuronen um, die deren Alter beibehielten. Das Verfahren eröffne neue Chancen, Alterungsprozesse im Körper und damit in Verbindung stehende Krankheiten zu untersuchen und neue Wirkstoffe zu entwickeln, sagt Mertens.

"Diese Ergebnisse werden natürlich einen Einfluss haben", meint auch John Gearhart, Direktor des Institute for Regenerative Medicine an der University of Pennsylvania, der die Arbeit kennt. Die Ergebnisse könnten nicht nur der Alterungsforschung helfen, sondern auch dem sogenannten Tissue-Engineering, über das neue Zellen entstehen sollen, um beschädigte Organe zu reparieren oder gar zu ersetzen.

Gearhart zufolge löst der Ansatz ein zentrales Problem in seinem Forschungsfeld. Es gibt verschiedene Wege, Zellen dazu zu bringen, sich von einer Variante in eine andere zu verwandeln, doch bislang war unklar, wie sich Nervenzellen, die aus Hautzellen entstanden sind, von natürlich im Gehirn entwickelten Neuronen unterscheiden.

Die früheste Methode zur Umprogrammierung von Zellen setzte die Zelluhr zurück auf Null, erläutert Gearhart, weil die Hautzellen zunächst in einen embryonalen Stammzelltyp zurückversetzt werden mussten. Mertens und seine Kollegen testeten ein neueres Verfahren, das ursprünglich an der Stanford University entwickelt wurde. Es setzt auf eine Reihe biochemischer Tricks, um Hautzellen direkt in Hirnzellen zu verwandeln. Mertens und sein Team konnten nun zeigen, dass die so produzierten Neuronen keine "Babyzellen" sind.

Bei ihrem Versuch sammelten die Forscher zunächst Hautzellen von 19 Personen verschiedener Altersgruppen vom Kleinkind bis zum 89jährigen ein und verwandelten sie dann direkt in Gehirnzellen. Die neu geschaffenen Neuronen wurden dann mit Zellen von Menschen verschiedener Altersstufen verglichen, die bei Autopsien entnommen worden waren. Es zeigte sich, dass die umgewandelten Nervenzellen einige klare Merkmale der Alterung in Relation zum Alter der Spender zeigten. Hautzellen älterer Menschen wurden zu Nervenzellen, die denen älterer Menschen ähnelten.

Die neuen "alten" Nervenzellen zeigten unterschiedliche Merkmale der Genaktivierung, sagt Martens. Alterung unterbricht auch die sogenannte Kompartimentierung, bei der bestimmte Proteine im Zellkern verbleiben und andere im umgebenden Zytoplasma.

Martens zufolge versagt die Membran zwischen dem Zellkern und dem Rest der Zelle, was dazu führt, dass Proteine an "falsche" Stellen geraten. Er will nun untersuchen, welche Einfluss dies auf die Hirnalterung und Erkrankungen wie ALS und Alzheimer hat. Die neue Zellerschaffungsmethode könnte auch erweitert werden und sogar dreidimensionale Strukturen kreieren – sogenannte Organoide. Das wiederum könnte zur Modellierung ganzer Organe dienen. (bsc)