Die Epilepsieforschung in Bonn hat in den letzten Jahren bedeutende Fortschritte erzielt. Dies spiegelt sich nicht nur in hochrangigen Auszeichnungen für beteiligte Wissenschaftler wider, sondern auch in neuen Erkenntnissen über die Mechanismen der Erkrankung und der Entwicklung vielversprechender Therapieansätze.
Anerkennung für Prof. Dr. Heinz Beck
Eine besondere Ehre wurde dem Neurowissenschaftler Prof. Dr. Heinz Beck von der Universität Bonn zuteil. Auf der Tagung der American Epilepsy Society in Washington wurde er mit dem Research Recognition Award ausgezeichnet. Diese Auszeichnung würdigt exzellente und langjährige Leistungen von Grundlagen- und klinischen Forschern, die wesentlich zu neuen Erkenntnissen und zur erfolgreichen Behandlung der Epilepsie beigetragen haben. Prof. Dr. Beck freute sich über diese hohe Anerkennung, die als eines der größten Komplimente in der epileptologischen Forschung gilt.
Forschungsschwerpunkte von Prof. Dr. Beck
Prof. Dr. Beck widmet seine Forschung der Arbeitsweise des Gehirns auf der Ebene einzelner Nervenzellen. Er ist Projektsprecher des Sonderforschungsbereichs 1089 „Synaptic Micronetworks in Health and Disease“, in dem sowohl der Normalbetrieb als auch Fehlfunktionen des Gehirns untersucht werden. Zudem leitet er das Institut für Experimentelle Epileptologie und Kognitionsforschung im Life & Brain Zentrum der Universität Bonn.
Gedächtnisstörungen bei Epilepsie: Neue Erkenntnisse
Ein Forschungsschwerpunkt von Prof. Dr. Beck liegt auf den Gedächtnisstörungen, die häufig bei Menschen mit chronischer Epilepsie auftreten. Eine aktuelle Studie seiner Arbeitsgruppe hat in Mäusen einen Mechanismus gefunden, der diese Defizite erklären könnte.
Die Rolle des Hippocampus und der Ortszellen
Der Hippocampus, eine Hirnregion, die eine zentrale Rolle bei Gedächtnisprozessen spielt, insbesondere bei der räumlichen Erinnerung, steht im Fokus der Untersuchung. Im Hippocampus befinden sich sogenannte Ortszellen, die uns helfen, uns an besuchte Orte zu erinnern. Jede Ortszelle reagiert auf eine spezifische Kombination von Umgebungsmerkmalen.
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Dendritische Integration: Ein gestörter Mechanismus bei Epilepsie
Die Speicherung der exakten Merkmalskombination eines Ortes könnte bei Menschen mit chronischer Epilepsie gestört sein. Verantwortlich dafür ist ein Mechanismus, der als „dendritische Integration“ bezeichnet wird. Ortszellen verfügen über lange Ausläufer, die Dendriten, die mit zahlreichen Synapsen übersät sind. An diesen Synapsen laufen die Informationen ein, die die Sinne uns zu einem Ort vermitteln. Der Dendrit integriert auf diese Weise verschiedene Ortsinformationen, und nur wenn alle zusammenkommen, kann er einen Spike erzeugen.
Bei Mäusen mit Epilepsie ist dieser Vorgang jedoch gestört. Die Spikes entstehen bereits, wenn nur wenige Synapsen gereizt werden, und die Reizung muss nicht exakt zur selben Zeit erfolgen. Die Ortszellen der kranken Nager sehen also nicht so genau hin, wodurch die abgespeicherten Informationen weniger spezifisch sind.
Ursache: Vermehrte Natriumionenkanäle in der Dendritenmembran
Die Ursache für die gestörte dendritische Integration liegt in einer erhöhten Anzahl von Natriumionenkanälen in der Dendritenmembran. Damit sich ein Spike bilden kann, müssen große Mengen elektrisch geladener Teilchen (Ionen) in die Zelle strömen. Dazu öffnen sich Poren in der Membran, die den Dendriten umhüllt - die Ionenkanäle. Bei den Versuchstieren war in der Dendriten-Membran ein spezieller Kanal für Natrium-Ionen deutlich häufiger vorhanden als normal.
Therapieansatz: Blockade der Natriumionenkanäle
Es gibt Hemmstoffe, die ganz spezifisch den betroffenen Kanal blockieren und so den Einstrom von Natriumionen verhindern. Wurde den Tieren eine solche Substanz verabreicht, normalisierte sich bei ihnen das Feuerverhalten der Dendriten. Die Studie liefert somit einen Einblick in die Prozesse, die beim Abruf von Erinnerungen ablaufen, und lässt mittelfristig auf die Herstellung neuer Medikamente hoffen, mit denen sich das Gedächtnis von Epilepsiepatienten verbessern lässt.
Entwicklung neuer Medikamente gegen Epilepsie: Das Projekt "EpiTher"
Die Universität Bonn und das Universitätsklinikum Bonn (UKB) erhalten für zwei praxisnahe Forschungsprojekte im Bereich Lebenswissenschaften jeweils Fördergelder von bis zu einer Million Euro. Das Projekt „EpiTher“ von Prof. Dr. Heinz Beck und Dr. Kunihiko Araki (Institut für Experimentelle Epileptologie und Kognitionswissenschaften, UKB) befasst sich mit der Entwicklung neuer Medikamente gegen Epilepsie.
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Das Problem der Pharmakoresistenz
Weltweit sind mehr als 65 Millionen Menschen von Epilepsie betroffen. Bei ca. 30 Prozent der Patientinnen und Patienten gelingt es nicht, die Anfälle medikamentös zu kontrollieren. Dieser Prozentsatz ist trotz der Entwicklung und Zulassung zahlreicher neuer Antiepileptika unverändert hoch geblieben.
Ein neuer Mechanismus für Pharmakoresistenz
Das EpiTher-Team hat nun einen zentralen Mechanismus für Pharmakoresistenz entdeckt und ein Testsystem entwickelt. Damit kann es systematisch Substanzen identifizieren, die diesen Resistenzmechanismus umgehen. Vielversprechende Wirkstoffkandidaten werden im EpiTher-Projekt validiert, patentiert und in die präklinische Entwicklung für ein neues Antiepileptikum überführt.
Eslicarbazepinacetat: Ein vielversprechender Wirkstoff bei therapieresistenter Epilepsie
Forscher des Universitätsklinikums Bonn haben gemeinsam mit portugiesischen Kollegen die Substanz Eslicarbazepinacetat genauer untersucht. Im Tiermodell sowie in Hirngewebe von Epilepsiepatienten wirkt es, wo herkömmliche Medikamente versagen. Außerdem verhindert der Wirkstoff die Chronifizierung der Anfallsleiden.
Das Wirkprinzip von Eslicarbazepinacetat
Eslicarbazepinacetat ist ein Abkömmling des Carbamazepins, einem gängigen Medikament, gegen das ein Teil der Epilepsiepatienten resistent ist. Im Körper wird Eslicarbazepinacetat zu Acetat und Eslicarbazepin, den eigentlichen Wirkstoff, zersetzt. An den Gehirnzellen befinden sich Natriumkanäle, die zur Erregung der Nervenzellen beitragen und die Kommunikation zwischen ihnen ermöglichen. Das Wirkungsprinzip von vielen Epilepsiemedikamenten ist, dass die Wirkstoffe an die Natriumkanäle binden und dadurch insbesondere das krankhafte schnelle Feuern der Nervenzellen unterbinden. Die normale Aktivierung der Gehirnzellen wird durch die Substanzen jedoch nicht so stark beeinflusst.
Wirksamkeit bei therapieresistenter Epilepsie und Schutz vor Chronifizierung
Im Tiermodell und Hirngewebe von Epilepsiepatienten zeigte sich, dass die Wirkung von klassischen Antiepileptika wie Carbamazepin verschwunden war. Im Gegensatz dazu wirkte Eslicarbazepinacetat weiterhin. Bei Ratten und Mäusen, die nach einem ersten großen epileptischen Anfall für nur einige Wochen Eslicarbazepinacetat erhielten, zeigte sich, dass sich durch die frühe Behandlung in der Folge die Anfallsschwere und -häufigkeit dauerhaft reduzierte und auch weniger Nervenzellen verloren gingen.
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Ein bereits zugelassenes Medikament
Ein weiterer Vorteil von Eslicarbazepinacetat ist, dass es klinische Studien durchlaufen hat und bereits auf dem Markt als ergänzendes Medikament gegen Epilepsie verfügbar ist.
Natriumkanäle und Polyamine: Ein neuer Ansatzpunkt für Epilepsietherapien
Die Wissenschaft fahndet nach den Ursachen, die zu dieser gleichzeitigen Übererregung der Gehirnzellen führen. Bei diesem Mechanismus spielen Natriumkanäle eine Schlüsselrolle. „Sie übernehmen bei der Erregung von Nervenzellfortsätzen und der Signalübertragung zwischen verschiedenen Zellen eine wichtige Rolle“, sagt Prof. Dr. Natriumkanäle sind Schleusen, die Natriumionen durch winzige Poren durchlassen. Sie bestehen aus großen Eiweißkomplexen (Proteinen), die in den Membranen von Nervenzellen eingelagert sind. Wie eine Art Türsteher bestimmen sie, wie viele dieser Ionen hereindürfen und wie sich damit auch die Informationsübertragung zwischen den verschiedenen Zellen ändert.
Reduzierter Spermin-Gehalt in epileptischen Gehirnen
Die Wissenschaftler fanden eine starke Erhöhung eines bestimmten Natriumeinwärtsstroms, der die Erregbarkeit von Zellen im epileptischen Tier deutlich steigerte. Deshalb verglichen Forscher um Prof. Beck zunächst die Natriumkanalproteine aus epileptischen Gehirnen mit denen aus gesunden. „Dabei zeigte sich aber keinerlei vermehrte Bildung von Natriumkanalproteinen, die hätte erklären können, wie es zu einer Übererregung von Nervenzellen kommt“, berichtet der Epileptologe. Das Forscherteam wurde nach langer Suche bei einer ganz anderen Stoffgruppe fündig: den Polyaminen. Dazu gehört auch das Spermin, das in Zellen gebildet wird und sich von innen in die Poren der Natriumkanäle einlagern kann. Die Wissenschaftler untersuchten, wieviel von der anfalldämpfenden Substanz in Nervenzellen von Ratten vorkommt, die unter einer Epilepsie litten, und verglichen die Werte mit gesunden Tieren. „Die Menge an Spermin in den Zellen des Hippocampus war bei den kranken Tieren gegenüber den gesunden deutlich reduziert“, berichten die Erstautoren Dr. Michel Royeck, Dr. Tony Kelly und Dr. Thoralf Opitz aus Prof. Becks Team.
Kompensation des Spermin-Mangels normalisiert Natriumströme
Diesen wichtigen Befund prüften die Forscher, indem sie den Mangel in den Nervenzellen epileptischer Ratten durch Gabe von Spermin kompensierten. Daraufhin wurde die Erhöhung von Natriumströmen rückgängig gemacht. Offenbar wird der geringere Gehalt an Spermin in den epileptischen Rattengehirnen durch Hochregelung der Spermidine/spermine-N(1)-acetyltransferase verursacht. Das Enzym baut das für die Steuerung der Natriumkanäle wichtige Spermin verstärkt ab.
Ein potenzieller Ansatzpunkt für neuartige Epilepsietherapien
Dieses Ergebnis könnte nach den Einschätzungen der Wissenschaftler ein potenzieller Ansatzpunkt für neuartige Epilepsietherapien sein. „Wenn es gelingen würde, die Acetyltransferase mit einem Wirkstoff in ihrer Aktivität etwas zu bremsen, könnten der Sperminmangel und damit die Symptome der Epilepsie gemildert werden“, blickt Prof. Beck in die Zukunft.
Bonner Epilepsie Seminar und Podcast "Scharfe Welle"
Die Klinik und Poliklinik für Epileptologie in Bonn ist nicht nur in der Forschung aktiv, sondern engagiert sich auch in der Aus- und Weiterbildung sowie in der Information von Betroffenen und Angehörigen. Ein wichtiger Bestandteil dieser Aktivitäten ist das Bonner Epilepsie Seminar, in dem regelmäßig internationale Experten zu Gast sind, um über aktuelle Themen der Epilepsieforschung und -behandlung zu referieren. Darüber hinaus bietet die Klinik den Podcast "Scharfe Welle" an, in dem verschiedene Aspekte der Epilepsie aus Klinik und Forschung beleuchtet werden.