Die Neuronenforschung in Heidelberg, insbesondere am Europäischen Laboratorium für Molekularbiologie (EMBL) und in Zusammenarbeit mit anderen Forschungseinrichtungen, ist ein bedeutendes Feld, das sich mit den komplexen Mechanismen des Gehirns und des Nervensystems auseinandersetzt. Die Forschung reicht von der molekularen Ebene bis hin zu klinischen Anwendungen und zielt darauf ab, ein tieferes Verständnis der neuronalen Funktionen und Dysfunktionen zu erlangen.
Aktuelle Forschungsprojekte und Förderungen
Ein aktuelles Forschungsprojekt unter der Leitung von Dr. Jennifer Heck am EMBL, Institut für Genombiologie, Heidelberg, wird von der Stiftung Alzheimer Initiative (SAI) gefördert. Dieses Projekt, das von Januar 2023 bis Dezember 2024 läuft, konzentriert sich auf die Erforschung der Alzheimer-Krankheit auf Synapsenebene. Die SAI fördert regelmäßig Forschungsprojekte, die dazu beitragen, ein Heilmittel gegen Alzheimer zu entwickeln, und dieses Projekt ist ein vielversprechender Beitrag dazu. Die Fördermittel werden für Gehälter (24.253 Euro), Labormaterialien wie Antikörper (10.200 Euro) und Dienstleistungen wie Protein-Analysen (15.540 Euro) verwendet.
Alzheimer-Forschung im Detail
Die Alzheimer-Krankheit ist die häufigste Form der Demenz, gekennzeichnet durch das Absterben von Nervenzellen im Gehirn und den damit verbundenen Verlust geistiger Fähigkeiten. Frühe Stadien der Krankheit zeigen jedoch eine unerwartet hohe Aktivität an den Synapsen, den Kontaktstellen zwischen den Nervenzellen. Diese Überaktivität scheint dem Verlust der Nervenzellen vorauszugehen und führt zu schädlichem Zellstress.
Dr. Heck und ihr Team untersuchen Hirnproben von Alzheimer-Patienten in frühen und späten Stadien sowie von gesunden Menschen. Durch ein spezielles Verfahren werden alle Proteine in den Hirnproben analysiert. Mittels Hochgeschwindigkeits-Zentrifugation werden die Hirnproben in ihre Bestandteile aufgetrennt, um Rückschlüsse auf lokale Veränderungen an den Synapsen ziehen zu können. Die isolierten Synapsen werden dann mit hoher Präzision analysiert und die gewonnenen Erkenntnisse mit Hilfe neuester Technologie für die Hochdurchsatz-Bildgebung erneut im Hirngewebe gemessen.
Das Ziel dieser Studie ist die Erstellung einer Art Karte zur räumlichen und zeitlichen Entwicklung der Alzheimer-Erkrankung. Diese Karte soll dazu dienen, kritische Ereignisse frühzeitig zu erkennen, die den nächsten pathologischen Entwicklungsschritt ankündigen und somit den Weg für verbesserte therapeutische Strategien ebnen.
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Dr. Heck betont die Bedeutung der Grundlagenforschung für neue Präventions- oder Therapieansätze, da die Alzheimer-Forschung trotz intensiver Bemühungen noch viele ungelöste Fragen aufweist. Sie möchte ihr neurowissenschaftliches Wissen auf die Alzheimer-Forschung anwenden und erweitern, um krankhafte Abläufe auf Zellebene besser zu verstehen und neue therapierelevante Ereignisse zu identifizieren. Sie hofft, dass die Alzheimer-Forschung in 10 Jahren eine bessere Klassifizierung der Krankheit ermöglicht, um eine gezieltere (patientenspezifische) Erkennung und Behandlung zu fördern.
Dr. Heck betont auch die Bedeutung privater Forschungsförderung, die es jungen Wissenschaftlern ermöglicht, ihre Forschungsideen unabhängig umzusetzen und innovative Ansätze zu verfolgen.
Interdisziplinäres Zentrum für Neurowissenschaften (IZN) Heidelberg
Das Interdisziplinäre Zentrum für Neurowissenschaften (IZN) wurde im Jahr 2000 als Forschungsverbund gegründet, der Neurowissenschaftler aller Fakultäten und lokalen Forschungseinrichtungen in Heidelberg einbindet. Das IZN umfasst über 60 Forschungsgruppen aus verschiedenen Instituten der Universität Heidelberg, der Medizinischen Fakultät Heidelberg, des Universitätsklinikums Heidelberg, des Deutschen Krebsforschungszentrums (DKFZ), des European Molecular Biology Laboratory Heidelberg (EMBL), der Medizinischen Fakultät Mannheim (UMM) und des Zentralinstituts für Seelische Gesundheit (ZI). Die Interessen der Forschungsgruppen reichen von der grundlegenden Molekular- und Zellbiologie des Nervensystems bis hin zu klinischen Neurowissenschaften und Therapeutika. Das IZN bietet Forschungs- und Lernmöglichkeiten im Bereich der Neurowissenschaften für Studierende aller Fachrichtungen.
Interferonforschung und neuronale Stammzellen
Ein weiteres wichtiges Forschungsgebiet in Heidelberg ist die Untersuchung der Rolle von Interferonen bei der Kontrolle neuronaler Stammzellen. Interferone sind Zell-Botenstoffe, die bei einer Virusinfektion das Immunsystem ankurbeln und modulieren. Forschungen haben gezeigt, dass Interferonsignale auch eine Ursache dafür sind, dass die Funktionsfähigkeit neuronaler Stammzellen mit dem Alter zurückgeht.
Eine Forschungsgruppe um Ana Martin-Villalba (DKFZ) und Anna Marciniak-Czochra (Universität Heidelberg) hat in einer Studie herausgefunden, dass Interferonsignale nicht nur im Alter, sondern über die gesamte Lebensspanne hinweg die Aktivität der Hirnstammzellen beeinflussen. Die Hirnstammzellen reagieren auf Interferon, während Vorläuferzellen ab einem gewissen Entwicklungsschritt nicht mehr darauf ansprechen. Erst die ausdifferenzierten Neuronen sprechen wieder auf den Botenstoff an. Die Interferone wirken dabei auf ein zentrales Steuermolekül der Proteinsynthese, was zur Unterdrückung von Sox2 führt, einem essentiellen Transkriptionsfaktor, der die Selbsterneuerungsfähigkeit von Stammzellen aufrechterhält.
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Die Wissenschaftlerinnen sehen in Interferon eine mögliche Zielstruktur für Therapien, die die Selbsterneuerungsfähigkeit der Hirnstammzellen fördern und damit dem altersbedingten Abbau der Gehirnfunktion entgegenwirken könnten. Sie vermuten, dass eine medikamentöse Interferon-Blockade dem Gehirn von älteren Menschen nützen könnte, ohne die Virusabwehr zu beeinträchtigen.
Alternsprozesse in Leber- und Gehirnzellen
Die Erforschung der Alterungsprozesse in verschiedenen Organen ist ein weiteres wichtiges Thema in Heidelberg. Alessandro Ori (Leibniz-Institut für Altersforschung in Jena) hat zusammen mit Forschern des EMBL sowie des Salk Institute und der University of California den Alternsprozess von Leber- und Gehirnzellen in Ratten vermessen. Die Studie zeigt Unterschiede zwischen den Organen, aber auch Gemeinsamkeiten, was auf generelle sowie organspezifische Alternsprozesse schließen lässt.
Die Forscher kombinierten verschiedene Methoden, um die Genexpression, die Proteinproduktion und die chemischen Marker der Proteine zu messen. Sie fanden heraus, dass es Reaktionen gibt, die sowohl in Leber- als auch in Gehirnzellen vorkommen, wie Immun- und Entzündungsreaktionen sowie Stressantworten. Gleichzeitig gibt es klare Unterschiede zwischen den Organen. In der Leber waren bei alten Ratten Veränderungen des Stoffwechsels zu beobachten, während im Gehirn die stärksten Alternseffekte bei der Proteinproduktion auftraten, die die Signalprozesse zwischen den Neuronen und ihre Kommunikation untereinander beeinflussen.
Die Erkenntnis, dass organspezifische Unterschiede das Altern beeinflussen, ist besonders interessant, da wir heute nur wenig über die organspezifischen Ursachen des Alterns wissen.
Forschung zum axonalen Wachstum und zur Regeneration
Die Forschungsgruppe von Prof. Dr. Frank Bradke am DZNE in Bonn und der Universität Bonn konzentriert sich auf das axonale Wachstum und die Regeneration. Bradke forschte nach seinem Studium an der Freien Universität Berlin und dem University College London im Rahmen seiner Doktorarbeit am EMBL in Heidelberg. Seine Forschung zielt darauf ab, die Mechanismen zu verstehen, die das axonale Wachstum und die Regeneration im Nervensystem steuern.
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Bradke und sein Team untersuchen, wie Neuronen ihre komplexe Struktur entwickeln und wie sie Bereiche ausbilden, die später bestimmte Funktionen innerhalb neuronaler Schaltkreise haben, wie z. B. das Axon. Ein besseres Verständnis der zugrundeliegenden Entwicklungsmechanismen könnte dabei helfen, unter pathologischen Bedingungen Axone zur Regeneration anzuregen, wie z.B. nach einer Rückenmarksverletzung.
Bradke untersucht das Zytoskelett als treibende Kraft für die anfängliche neuronale Polarisierung und das axonale Wachstum. Er analysiert, wie Veränderungen des Zytoskeletts dazu beitragen, das Wachstumsprogramm verletzter ZNS-Axone zu reaktivieren, um Regeneration nach einer Rückenmarksverletzung auszulösen. Er erörtert auch, ob axonales Wachstum und Synapsenbildung sich gegenseitig ausschließende Prozesse darstellen könnten. Diese Entwicklungshypothese hilft uns, eine neue Perspektive auf das Versagen der Regeneration im erwachsenen zentralen Nervensystem (ZNS) zu entwickeln und neue Wege zur Überwindung dieses Problems zu finden.
Bradke ist ein anerkannter Experte auf dem Gebiet der Regenerationsforschung und wurde für seine Arbeit mehrfach ausgezeichnet, unter anderem mit dem IRP-Schellenberg-Preis, dem Leibniz-Preis und dem Roger de Spoelberch Preis.
Innovative Mikroskopie-Methoden
Winfried Denk, Direktor am MPI für Neurobiologie und EMBO-Mitglied, entwickelt neue und verbesserte Mikroskopie-Methoden für die biologische und medizinische Forschung. Einer seiner Erfolge ist die Mitentwicklung des Multiquantenmikroskops, das die starke Lichtstreuung im Gehirngewebe deutlich verringert. Ein weiterer Erfolg ist die Entwicklung des Dreidimensionalen-Raster-Elektronenmikroskops, das automatisiert Scheibe für Scheibe die Oberfläche eines Gewebestücks abtastet.
Denks Arbeit ermöglicht es, biologische Prozesse in ihren Einzelheiten zu verstehen und sie dort zu untersuchen, wo sie stattfinden. Seine innovativen Mikroskopie-Methoden tragen dazu bei, die Komplexität des Gehirns und des Nervensystems besser zu verstehen.
Auszeichnungen für junge Forscher
Der Eppendorf Award for Young European Investigators wurde erstmals 1995 vergeben. Im Jahr 2025 wurde Dr. Varun Venkataramani für seine Forschung zur Entdeckung und Charakterisierung von synaptischen Neuron-Tumor-Netzwerken, die das Fortschreiten von Hirntumoren antreiben, mit dem Eppendorf Award for Young European Investigators ausgezeichnet. Seine Forschung wurde von der Jury als bahnbrechend anerkannt. Die Jury würdigte die Bedeutung des aufkommenden Feldes der Neuroonkologie und Dr. Venkataramani‘s Rolle bei der Aufklärung, wie Neuronen und Tumoren interagieren und das translationale Potenzial seiner Arbeit.
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