Die COVID-19-Pandemie hat nicht nur akute gesundheitliche Herausforderungen mit sich gebracht, sondern auch langfristige Folgen, die als Long COVID bekannt sind. Ein besonders besorgniserregender Aspekt von Long COVID sind die neurologischen Symptome, die von Gedächtnisproblemen und Konzentrationsschwierigkeiten bis hin zu schwerwiegenderen kognitiven Beeinträchtigungen reichen können. Aktuelle Forschungsergebnisse liefern nun neue Erkenntnisse über die Mechanismen, die diesen neurologischen Langzeitschäden zugrunde liegen könnten.
Persistenz des Spike-Proteins im Gehirn
Forschende von Helmholtz Munich und der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) haben einen Mechanismus identifiziert, der möglicherweise die neurologischen Symptome von Long COVID erklärt. Die Studie zeigt, dass das SARS-CoV-2-Spike-Protein in den schützenden Schichten des Gehirns, den Hirnhäuten, und im Knochenmark des Schädels bis zu vier Jahre nach der Infektion verbleibt. Diese dauerhafte Präsenz des Spike-Proteins könnte bei den Betroffenen chronische Entzündungen auslösen und das Risiko für neurodegenerative Erkrankungen erhöhen.
Das Team unter der Leitung von Prof. Ali Ertürk, Direktor des Instituts für Intelligente Biotechnologien bei Helmholtz Munich, stellte zudem fest, dass mRNA-COVID-19-Impfstoffe die Anreicherung des Spike-Proteins im Gehirn deutlich reduzieren. Eine neuartige KI-gestützte Bildgebungstechnik, entwickelt von Prof. Ali Ertürks Team, liefert neue Einblicke, wie das SARS-CoV-2-Spike-Protein das Gehirn beeinflusst. Die Methode macht Organe und Gewebeproben transparent, wodurch die dreidimensionale Visualisierung von Zellstrukturen, Stoffwechselprodukten und in diesem Fall viralen Proteinen möglich wird. Durch diese Technologie konnten die Forschenden eine bisher nicht feststellbare Ablagerung des Spike-Proteins in Gewebeproben von Menschen mit COVID-19 und Mäusen aufdecken.
Die im Fachjournal Cell Host & Microbe erschienene Studie zeigte signifikant erhöhte Konzentrationen des Spike-Proteins im Knochenmark des Schädels und in den Hirnhäuten, selbst Jahre nach der Infektion. Das Spike-Protein bindet an sogenannte ACE2-Rezeptoren, die in diesen Regionen besonders häufig vorkommen. „Das könnte diese Gewebe besonders anfällig für die langfristige Ansammlung des Spike-Proteins machen“, erklärt Dr. Zhouyi Rong, Erstautor der Publikation. Ertürk ergänzt: „Unsere Daten deuten auch darauf hin, dass das persistierende Spike-Protein an den Grenzen des Gehirns zu den langfristigen neurologischen Effekten von COVID-19 und Long COVID beitragen könnte.“
Die Wissenschaftler:innen gehen davon aus, dass diese Ansammlungen des Spike-Proteins zu den langfristigen Effekten von COVID-19 auf das Nervensystem und Long COVID beitragen können.
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Auswirkungen auf das Gehirn und das Nervensystem
Die Ansammlung des Spike-Proteins im Gehirn kann verschiedene neurologische Symptome auslösen. Bei Long COVID zählen Gehirnnebel, Konzentrations- und Gedächtnisprobleme zu den typischen sogenannten kognitiven Symptomen. Rund ein Drittel aller Long COVID-Erkrankten sind gemäß des US-amerikanischen Institute for Health Metrics (IHME) von Beschwerden betroffen, die die geistigen (kognitiven) Fähigkeiten, das Gehirn oder auch das Nervensystem betreffen. Insbesondere im beruflichen Alltag führen Gedächtnisprobleme häufig zu Schwierigkeiten. Darüber hinaus ergab eine Langzeitstudie mit mehr als einer Million Teilnehmenden, dass auch die Psyche von Langzeitfolgen einer COVID-19-Erkrankung betroffen sein kann.
Eine SARS-CoV-2-Infektion kann verschiedene Prozesse im Gehirn auslösen, die unter anderem die „graue“ Substanz in bestimmten Hirnbereiche verändern kann. Eine gute Nachricht: Kommt es infolge von COVID-19 zu Funktionsstörungen des Gehirns, können sich diese innerhalb einiger Monate auch durch Selbstheilungskräfte bessern.
Neurologische Symptome bei Corona-Patienten
Je nach Verlauf zeigt das Corona-Virus unterschiedliche Symptome und neurologische Besonderheiten. Zu den häufigen neurologischen Symptomen von Corona-Patienten zählen:
- Riechstörungen
- Kopfschmerzen
- Muskelschmerzen, in schweren Fällen auch schwere Muskelentzündungen
- Bewusstseinsstörungen und Delir
- Schlaganfälle
- Entzündungen Gehirn und Rückenmark: Im Rahmen der Covid-19-Erkrankung kann es auch zu Entzündungen des Gehirns und selten auch des Rückenmarks kommen.
- Guillain-Barré-Syndrom (GBS)
Viele der neurologischen Symptome klingen wieder ab. Laut einer Metaanalyse kommt es bei circa fünf Prozent der Erkrankten zu anhaltenden Geruchsstörungen. Folgen eines Schlaganfalls können hingegen lebenslang spürbar sein und bleiben. Selbiges gilt für die entzündlichen Komplikationen.
Neuro-Covid: Angriff aufs Gehirn
Viele Covid-19-Patientinnen entwickeln neurologische Beschwerden, die unter dem Begriff "Neuro-Covid" zusammengefasst werden. Anhaltende Erschöpfung, Schmerzen, Konzentrationsstörungen, Gedächtnisprobleme und Schlafstörungen - nicht nur viele Intensivpatientinnen, sondern auch leicht Erkrankte leiden während und noch Monate nach einer Covid-19-Erkrankung unter Neuro-Covid. In extremen Fällen kommt es sogar zu demenzähnlichen Symptomen oder Psychosen.
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Das Coronavirus Sars-CoV-2 kann auch das Nervensystem befallen. Riechstörungen, Erschöpfung und kognitiven Defiziten können die Folge sein. Covid-19 erhöht das Schlaganfallrisiko. Schwere neurologische Komplikationen wie Schlaganfälle und Hirnblutungen haben ihre Ursache in der Blutgerinnung.
Aktivierung des Immunsystems im Gehirn
Freiburger Forscherinnen haben wichtige Fortschritte im Verständnis der immunologischen Veränderungen im Gehirn von COVID-19-Genesenen gemacht. Im Gehirn von Personen, die eine SARS-CoV-2-Infektion überstanden haben, fanden sie Anzeichen einer anhaltenden Aktivierung des angeborenen Immunsystems. Diese Erkenntnisse könnten entscheidend für die Entwicklung neuer Therapien für Patientinnen mit langfristigen neurologischen Symptomen nach COVID-19 sein.
Im Vergleich zu ebenfalls untersuchten Personen ohne vorherige SARS-CoV-2-Infektion fanden die Forscher*innen in den Gehirnen von Genesenen zahlreiche sogenannte Mikrogliaknötchen. Diese charakteristischen Immun-Zellansammlungen weisen auf eine chronische Immunaktivierung hin, ähnlich einer Narbe, die nicht vollständig ausheilt. „Die Mikrogliaknötchen könnten eine zentrale Rolle bei den neurologischen Veränderungen spielen, die bei einigen Genesenen beobachtet werden“, erklärt Dr. Marius Schwabenland, Erstautor der Studie.
Zusammenhang mit Schädigung der Blutgefäße im Gehirn
Eine kürzlich im Fachmagazin Nature Neuroscience publizierten Studie erklärt, wie das Coronavirus die kleinen Blutgefäße im Hirn schädigt. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass das Coronavirus tatsächlich über den von einigen Endothelzellen gebildeten ACE2-Rezeptor in die Zelle eintreten und eine charakteristische, im Mikroskop erkennbare Pathologie auslösen kann. In den Endothelzellen zerstört das Virusenzym Mpro das körpereigene Protein NEMO und löst so ein Zelltod-Programm aus. Ein zentraler Befund der Studie ist, dass auf diesem Weg Endothelzellen und Blut-Hirn-Schranke zerstört werden. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler entdeckten somit erstmals einen Mechanismus, wie Sars-CoV-2 die Mikrogefäße im Hirn direkt schädigt. Interessanterweise fanden die Forscherinnen und Forscher eine Möglichkeit, den Zelltod-Mechanismus zu blockieren.
mRNA-Impfstoffe reduzieren Spike-Protein-Anreicherung
Das Team um Ertürk entdeckte, dass der mRNA-COVID-19-Impfstoff von BioNTech/Pfizer die Anreicherung des Spike-Proteins im Gehirn signifikant reduzieren konnte. Andere mRNA-Impfstoffe oder Impfstofftypen wie Vektor- oder proteinbasierte Impfstoffe wurden nicht untersucht. Mit dem mRNA-Impfstoff geimpfte Mäuse zeigten niedrigere Spike-Protein-Werte sowohl im Gehirngewebe als auch im Knochenmark des Schädels im Vergleich zu ungeimpften Mäusen. Die Reduktion betrug jedoch nur etwa 50 Prozent, sodass ein Rest des Spike-Proteins weiterhin ein toxisches Risiko für das Gehirn darstellt.
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Weltweit haben sich 50 bis 60 Prozent der Bevölkerung mit COVID-19 infiziert. Davon leiden fünf bis zehn Prozent unter Long COVID. Das entspricht etwa 400 Millionen Menschen, die möglicherweise signifikante Mengen an Spike-Proteinen in sich tragen. „Das ist nicht nur ein individuelles Gesundheitsproblem - es ist eine gesellschaftliche Herausforderung“, sagt Ertürk: „Unsere Studie zeigt, dass mRNA-Impfstoffe das Risiko langfristiger neurologischer Folgen erheblich senken können und somit einen entscheidenden Schutz bieten. Aber auch nach Impfungen kommt es zu Infektionen, die zu persistierenden Spike-Proteinen im Körper führen können.“
Neue Möglichkeiten zur Diagnose und Behandlung
„Unsere Ergebnisse eröffnen neue Möglichkeiten zur Diagnose und Behandlung der langfristigen neurologischen Effekte von COVID-19“, sagt Ertürk. Im Gegensatz zu Gehirngewebe sind das Knochenmark des Schädels und die Hirnhäute für medizinische Untersuchungen leichter zugänglich. Kombiniert mit Protein-Panels - Tests zum Nachweis spezifischer Proteine in Gewebeproben - könnte dies ermöglichen, Spike-Proteine oder Entzündungsmarker im Blut oder der Gehirnflüssigkeit zu identifizieren.
„Solche Marker sind für eine frühzeitige Diagnose von COVID-19-bedingten neurologischen Komplikationen wichtig", so Ertürk: „Darüber hinaus könnte die Charakterisierung dieser Proteine die Entwicklung gezielter Therapien und Biomarker unterstützen, um neurologische Beeinträchtigungen durch COVID-19 besser zu behandeln oder sogar zu verhindern.“
Bedeutung der Forschung und Ausblick
Prof. Ulrike Protzer, leitende Virologin bei Helmholtz Munich und an der Technischen Universität München, betont die weitreichende Bedeutung der Studie: „Angesichts der anhaltenden globalen Auswirkungen von COVID-19 und des zunehmenden Interesses an Langzeitfolgen ist diese Studie, die neue Erkenntnisse über Invasionswege ins Gehirn und unerwartete langfristige Wechselwirkungen mit dem Wirt liefert, besonders relevant.“
Die Studie ist ein wichtiger Schritt, um zu verstehen, wie COVID-19 das Gehirn langfristig beeinflusst. Dies könnte helfen, gezielte Therapien zu entwickeln, die diese Immunreaktionen modulieren und die Lebensqualität der Betroffenen verbessern.
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