Die Alzheimer-Geruchsforschung ist ein vielversprechendes Gebiet, das neue Wege zur Früherkennung und Behandlung der Alzheimer-Krankheit eröffnen könnte. Der Geruchssinn, der eng mit dem limbischen System verbunden ist, einem Hirnbereich, der für Emotionen und Gedächtnis zuständig ist, kann als diagnostischer Marker für neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer dienen.
Die Herausforderungen der Geruchsforschung
Die Entschlüsselung des Geruchssinns ist jedoch eine komplexe Aufgabe. Im Gegensatz zum Sehen und Hören, bei denen es eindeutige Parameter wie elektromagnetisches Spektrum und Frequenzspektrum gibt, fehlen solche eindeutigen Parameter für Gerüche. Die chemische Struktur eines Moleküls sagt fast nichts über seinen Duft aus, und die meisten Düfte setzen sich aus den Aromen von Dutzenden oder Hunderten verschiedenen Verbindungen zusammen.
Eine weitere Herausforderung besteht darin, wie Gerüche zueinander in Beziehung stehen. Es gibt keine eindeutigen Parameter, um einen blumigen Geruch im Verhältnis zu einem süßlichen einzuordnen. Menschen tun sich schwer, konkrete Aussagen über Gerüche zu treffen, da Gerüche enorm subjektiv sind und der menschliche Wortschatz nicht ausreicht, um sie umfassend zu beschreiben.
Fortschritte in der Geruchsforschung
Dank der Fortschritte in der Strukturbiologie, der Datenanalyse und der künstlichen Intelligenz (KI) könnte sich dies jedoch bald ändern. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler hoffen, dass die Entschlüsselung des Geruchssinns zu verstehen hilft, wie er Tiere bei der Nahrungs- oder Partnersuche unterstützt und wie er Gedächtnis, Emotionen, Stress und Appetit beeinflusst.
Einige Forschungsgruppen versuchen, den Geruchssinn vollständig zu digitalisieren, um neue Technologien zu entwickeln: etwa Geräte, die Krankheiten anhand von Gerüchen diagnostizieren, bessere Insektenschutzmittel und kostengünstigere beziehungsweise wirkungsvollere Substanzen für die Duft- und Geschmackstoffindustrie. Mindestens 20 Start-up-Unternehmen arbeiten daran, so genannte elektronische Nasen (Geräte für die Erkennung von Düften) zu entwickeln, um sie im Gesundheitswesen oder im Bereich der öffentlichen Sicherheit einzusetzen.
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KI-gestützte Geruchserkennung
Einige Computermodelle gibt es bereits, die eine Verbindung zwischen der Struktur einer molekularen Verbindung und ihrem Duft herstellen. Im Jahr 2023 arbeitete ein Team mit Hilfe von künstlicher Intelligenz an der Entwicklung einer Landkarte für Gerüche. Der Algorithmus wurde mit Tausenden molekularen Strukturen aus Duftstoffkatalogen trainiert, zusammen mit den zugehörigen Sinnesempfindungen. Anschließend verglichen die Forscher die Angaben des KI-Systems mit dem Geruchseindruck menschlicher Probanden.
Tatsächlich konnte die KI den olfaktorischen Eindruck chemischer Verbindungen allein anhand ihrer molekularen Struktur verlässlich vorhersagen und kam zu objektiveren Beschreibungen als typische menschliche Probanden. Und obwohl die von ihr erstellte Duftkarte sehr kompliziert ist, kann sie Gerüche nach bestimmten Typen gruppieren, etwa fleischig, alkoholisch oder holzartig.
Die Rolle der Geruchsrezeptoren
Ein wichtiger Schritt, um den Code des Geruchssinns zu knacken, ist zu wissen, wie seine Rezeptoren aussehen und auf welche Weise sie Chemikalien erkennen. Doch das zu erforschen, war bisher schwierig. In den Jahren 2018 und 2021 haben Forschungsteams die Strukturen zweier ORs aus Insekten entschlüsselt. Die beiden Rezeptoren seien zwar völlig anders aufgebaut als jene von Säugetieren. Die olfaktorische »Logik« aber, nach der sie funktionieren und miteinander kommunizieren, dürfte vergleichbar sein. Die Aufklärung zweier weiterer Rezeptorstrukturen, diesmal aus dem Geruchssystem von Mäusen, folgte im Jahr 2023.
Ebenfalls im Jahr 2023 gelang es Forschern, die erste Proteinstruktur eines menschlichen Geruchsrezeptors zu entschlüsseln. Der Rezeptor namens OR51E2 reagiert auf die Chemikalie Propionat, die einen stechend käsigen Geruch hat. Mit Hilfe der Kryo-Elektronenmikroskopie untersuchte das Team, wie OR51E2 mit einer kleinen Molekültasche Propionat einfängt und wie diese Bindung die Form des Rezeptors verändert und darüber hinaus Informationen transportiert.
Geruchstests zur Früherkennung von Alzheimer
Ein schneller und einfacher Riechtest weist bereits in einem frühen Stadium zuverlässig auf Alzheimer hin. Können Patienten den Geruch nach Erdbeeren, Rauch, Seife, Menthol, Nelken, Ananas, Erdgas, Flieder, Zitrone und Leder nicht erkennen, entwickeln sie mit hoher Wahrscheinlichkeit die Krankheit. Je früher Alzheimer erkannt wird, umso effektiver kann die Krankheit behandelt werden. Bereits im Frühstadium sind Nervenbahnen im Gehirn geschädigt, die an der Wahrnehmung und Erkennung von Gerüchen beteiligt sind.
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Nanomaterialien zur Behandlung neurologischer Erkrankungen
Funktionelle Nanomaterialien könnten schon bald die Aktivität von Neuronen im Gehirn steuern. Mit dieser minimalinvasiven Methode will die Therapie neurologischer Erkrankungen wie Depression, Panikstörungen, Epilepsie oder Alzheimer revolutioniert werden. Magnetische Nanopartikel werden in die Blutbahn injiziert, überwinden unter Einsatz starken Ultraschalls die Blut-Hirn-Schranke und verteilen sich im Hirngewebe. Angeregt durch ein externes Magnetfeld, wirken sie wahlweise mechanisch oder thermisch auf Neuronen und können die Hirnaktivität punktgenau selbst in tiefen Arealen entweder hemmen oder stimulieren.
Aromatherapie und Aromapflege im Alter
Auch die Aromatherapie und Aromapflege können im Alter eine wichtige Rolle spielen. Düfte können Erinnerungen hervorrufen und Emotionen beeinflussen. Sie können auch zur Entspannung und zur Linderung von Beschwerden eingesetzt werden. Bei der Anwendung ätherischer Öle ist jedoch Vorsicht geboten, da sie bei manchen Menschen allergische Reaktionen auslösen können.
Die Bedeutung des Geruchssinns im Alltag
Der Geruchssinn ist mehr als nur ein Sinnesorgan. Er beeinflusst unser Handeln, unsere Gefühlswelt, ruft Erinnerungen hervor und festigt Erlebtes. Er warnt vor Gefahren, hilft bei der Suche nach Nahrung und ist entscheidend für die Partnerwahl. Der Verlust des Geruchssinns kann schwerwiegende Folgen haben und zu psychischen Problemen führen.
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