Die Nase, ein Sinnesorgan, das uns ermöglicht, die Welt der Düfte zu erleben, steht in einer unerwarteten Verbindung zu unserem Gehirn. Diese Verbindung, die sogenannte Nasen-Hirn-Achse, eröffnet sowohl neue Möglichkeiten für medizinische Behandlungen als auch potenzielle Risiken durch Umwelteinflüsse und Infektionen. Die Frage, ob Substanzen oder Krankheitserreger durch die Nase ins Gehirn gelangen können, ist daher von großem Interesse.
Die Nasen-Hirn-Achse: Eine direkte Verbindung
Die Nasenhöhle ist über den Riechnerv direkt mit dem Gehirn verbunden. Der Riechnerv, der von der Riechschleimhaut ausgeht, zieht durch Kanäle des Siebbeins zum Riechkolben des Großhirns. Das Siebbein ist ein Teil des Schädelknochens, der die Nasenhöhle vom Hirnschädel trennt. Die Riechschleimhaut befindet sich an den oberen Teilen der Nasenscheidewand sowie an der oberen und obersten Nasenmuschel. Von dort aus gelangen die Riechfäden über die Lamina cribrosa des Siebbeins zum Bulbus olfactorius, wo die neuronale Weiterleitung ins Gehirn und im Weiteren an den Riechkortex erfolgt. Die Lamina cribrosa, auch Siebplatte genannt, ist mit Löchern durchsiebt und erlaubt einen fast nahtlosen Übergang zwischen Nase und Gehirn.
Diese direkte Verbindung ermöglicht es, dass Substanzen, die in die Nase gelangen, potenziell das Gehirn erreichen können, ohne die Blut-Hirn-Schranke passieren zu müssen. Die Blut-Hirn-Schranke ist eine Schutzbarriere, die das Gehirn vor schädlichen Substanzen im Blutkreislauf schützt, aber auch den Zugang für viele Medikamente erschwert.
Medizinische Anwendungen: Medikamente über die Nase ins Gehirn
Die Erkenntnis über die Nasen-Hirn-Achse hat zu neuen Ansätzen in der Medikamentenverabreichung geführt. Forscher arbeiten daran, Medikamente in Form von Nasentropfen oder Gels zu verabreichen, um die Blut-Hirn-Schranke zu umgehen und die Wirkstoffe direkt ins Gehirn zu transportieren.
N2B-Patch: Ein EU-Projekt zur Behandlung von Multipler Sklerose
Ein Beispiel für diese Forschung ist das EU-geförderte Projekt "N2B-Patch", bei dem ein internationales Konsortium unter der Leitung des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB ein System entwickelt hat, um Biopharmazeutika zur Behandlung von Multipler Sklerose (MS) über die Nase ins Gehirn zu bringen.
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Das "N2B-Patch"-System besteht aus mehreren Komponenten:
- Einem innovativen Biopharmazeutikum als Wirkstoff (API)
- Einer Formulierung aus API und Biomaterial-basierten Wirkstoffpartikeln
- Einem Hydrogel-Patch als Träger und Transportmittel des Wirkstoffs
- Einem Applikator zum Einsetzen des Gel-Patches in die Nase
Der Applikator, eine Kombination aus einem Endoskop und einem speziellen Mischsystem, ermöglicht es, das Gel-Patch minimalinvasiv an der Riechschleimhaut im hintersten Teil der Nasenhöhle zu platzieren. Der Wirkstoff wird dann über einen längeren Zeitraum hinweg an die Riechschleimhaut abgegeben und über die Kanäle für die Riechnervenfasern im Siebbein zum Gehirn transportiert. Das Gel löst sich von selbst auf.
Das "N2B-Patch"-Projekt hat gezeigt, dass dieses nasale Verabreichungssystem machbar ist und dass die Formulierung stabil und lagerfähig ist. Präklinische Studien haben gezeigt, dass das System gut verträglich ist und keine Auswirkungen auf das Riechen oder das nasale Mikrobiom hat. Die Forscher sehen in diesem System eine potenzielle Plattformtechnologie für die Behandlung anderer Erkrankungen des Zentralnervensystems, wie Schlaganfälle, Alzheimer oder Krebserkrankungen.
Nasentropfen gegen Hirntumore
Auch bei der Behandlung von Hirntumoren wie dem Glioblastom gibt es vielversprechende neue Ansätze, bei denen Medikamente über die Nase verabreicht werden. Forscher der Washington University School of Medicine in St. Louis und der Northwestern University haben gezeigt, dass sich Medikamente in Form von Nanopartikeln über Nasentropfen direkt ins Gehirn transportieren lassen.
Diese Nanopartikel bestehen aus winzigen Goldkernen, umhüllt von kurzen DNA-Fragmenten. Sie aktivieren das Immunsystem im Gehirn und greifen Tumorzellen an, ohne dass eine Operation erforderlich ist. Die Nanopartikel gelangen über den Trigeminusnerv, der Gesicht und Nase versorgt, direkt in den Tumorbereich.
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In Tierversuchen hat sich gezeigt, dass diese Behandlung das Immunsystem dazu bringt, Glioblastome selbst anzugreifen. Die Nanopartikel aktivieren den sogenannten cGAS-STING-Signalweg, der eine Kette von Abwehrreaktionen auslöst und Immunzellen in den Tumor lenkt. In Kombination mit sogenannten Checkpoint-Hemmern, die das Immunsystem zusätzlich anregen, konnten die Tumoren vollständig beseitigt werden.
Diese Methode umgeht die Blut-Hirn-Schranke und ist nicht invasiv, was sie auch für geschwächte Patienten geeignet macht. Die Behandlung ist wiederholbar und hat geringe Nebenwirkungen.
Potenzielle Gefahren: Infektionen und Umwelteinflüsse
Die direkte Verbindung zwischen Nase und Gehirn birgt nicht nur Chancen für medizinische Behandlungen, sondern auch potenzielle Gefahren durch Infektionen und Umwelteinflüsse.
Infektionen durch Amöben
In seltenen Fällen können Amöben wie Naegleria fowleri über die Nase ins Gehirn gelangen und eine Primäre Amöben-Meningoenzephalitis (PAM) verursachen. Diese seltene, aber oft tödliche Infektion tritt auf, wenn kontaminiertes Wasser, beispielsweise beim Schwimmen oder Reinigen der Nase, in die Nase gelangt. Die Amöben wandern dann entlang des Riechnervs ins Gehirn und zerstören das Hirngewebe.
Die Symptome einer PAM sind Fieber, Übelkeit, Erbrechen, Kopfschmerzen, Wahrnehmungs- und Bewegungsstörungen. Die Krankheit verläuft rasch und führt meist innerhalb von 18 Tagen zum Tod.
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Um das Risiko einer Infektion mit Naegleria fowleri zu minimieren, sollte man beim Reinigen der Nase nur abgekochtes, destilliertes oder steriles Wasser verwenden. Auch in Schwimmbädern und anderen Gewässern sollte man Vorsicht walten lassen.
Viren
Auch Viren können über die Nase ins Gehirn gelangen. Wissenschaftler haben in Tierversuchen gezeigt, dass Viren, die per Tröpfcheninfektion in die Nase gelangen, über den Riechnerv aufsteigen und das Gehirn infizieren können.
Glücklicherweise ist das Gehirn nicht wehrlos gegen solche Angriffe. Astrozyten und Neuronen des Riechkolbens können bei einer Virusinfektion schnell die Rolle wechseln und Interferon (IFN)-β produzieren, einen Botenstoff, der das Immunsystem aktiviert.
Mikroplastik
Ein weiteres potenzielles Risiko stellt die Aufnahme von Mikroplastik über die Nase dar. Mikroplastik ist in unserer Umwelt allgegenwärtig und findet sich in der Luft, im Meer, in Nahrungsmitteln und auch in unserem Körper.
Forscher haben Mikroplastik im Riechkolben von Verstorbenen nachgewiesen und vermuten, dass die Nase eine Eintrittspforte für die Plastikteilchen ist, die dann über den Riechkolben ins Gehirn eindringen können. Die häufigste Kunststoffart war Polypropylen, gefolgt von Polyamid, Nylon und Polyethylenvinylacetat. Solche Kunststoffe sind u.a. in Verpackungen, Kleidung, Möbeln und Teppichen enthalten, was erklärt, dass die Belastung in Innenräumen am höchsten ist.
Es wird vermutet, dass die Plastikpartikel im Gehirn das Risiko von Entzündungen und neurologischen Störungen erhöhen könnten.