Die Frage, ob Muskeln sich in Nervenzellen umwandeln können, beschäftigt die Forschungsgemeinschaft seit Langem. Während eine direkte Umwandlung im klassischen Sinne nicht stattfindet, gibt es faszinierende Interaktionen zwischen Muskeln und Nerven, die für die Entwicklung neuer Therapieansätze bei neuromuskulären Erkrankungen und Nervenverletzungen von Bedeutung sind. Dieser Artikel beleuchtet die komplexen Zusammenhänge zwischen Muskeln und Nerven, aktuelle Forschungsergebnisse und vielversprechende Therapieansätze.
Spinaler Muskelatrophie (SMA): Eine neuromuskuläre Erkrankung im Fokus der Forschung
Die spinale Muskelatrophie (SMA) ist eine genetisch bedingte neuromuskuläre Erkrankung, von der etwa eines von 10.000 Kindern in Mitteleuropa betroffen ist. Bei Kindern mit SMA liegt ein Gendefekt vor, der zu einem Verlust von Muskelkraft führt. Ursache ist ein Mangel des Proteins Survival-Motor-Neuron (SMN) in bestimmten Nervenzellen des Rückenmarks. Die geschädigten Nervenzellen können Impulse aus dem Gehirn nicht an die Muskeln weiterleiten, was zu Muskelschwäche und dem Aussetzen der Entwicklung von Bewegungsabläufen führt. Unbehandelt führt die schwerste Form von SMA meist in den ersten Lebensjahren zum Tod.
Gentherapie als Hoffnungsträger für SMA-Patienten
Seit kurzem gibt es einen vielversprechenden Ansatz der Gentherapie, der die Funktion der Muskeln weitgehend erhalten kann. Seit 2020 können Kinder in der Europäischen Union mit einer Genersatztherapie behandelt werden, die die Funktion des fehlenden SMN-Proteins wiederherstellt. Bei dieser Therapie schleust eine funktionsfähige Variante des defekten SMN-Gens mithilfe eines harmlosen Virus als Genfähre in die betroffenen Nervenzellen ein.
Eine multizentrische klinische Studie der Charité - Universitätsmedizin Berlin hat nun erstmals die Nebenwirkungen dieser sogenannten Genersatztherapie systematisch erfasst und gezeigt, dass sie die Muskelfunktion vor allem bei Kindern unter zwei Jahren deutlich verbessert. Die Studie umfasste 76 Kinder im Alter von sechs Monaten bis knapp fünf Jahren aus 18 Behandlungszentren in Deutschland und Österreich, die zwischen September 2019 und November 2020 mit der Genersatztherapie behandelt und weitere sechs Monate nachbeobachtet worden waren.
Die Ergebnisse der Studie zeigten, dass sich die Muskelkraft der Kinder signifikant durch die Genersatztherapie verbesserte - unabhängig davon, ob sie zuvor bereits mit Nusinersen therapiert worden waren. Die Kinder konnten neue Meilensteine in ihrer Entwicklung erreichen und lernten besser, zu krabbeln, zu sitzen oder zu stehen. Der positive Effekt trat besonders bei jüngeren Kinder unter 24 Monaten auf, aber auch ältere und somit meist schwerer von SMA betroffene Kinder profitierten von der Behandlung.
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Zu den häufig auftretenden Nebenwirkungen zählen Fieber, Erbrechen, ein Mangel an Blutplättchen sowie veränderte Leberwerte. Ein besonderes Augenmerk wurde auf mögliche Leberfunktionsstörungen gelegt, die bei sechs Kindern auftraten. In den meisten Fällen war eine verlängerte Kortisontherapie zur Verringerung der Leberentzündungsreaktion über die empfohlene Therapiedauer von acht Wochen hinaus erforderlich. Durch eine enge klinische Überwachung in einem spezialisierten Zentrum lassen sich die auftretenden Nebenwirkungen jedoch gut unter Kontrolle behalten.
Die neue Genersatztherapie bietet eine effiziente und sichere Alternative zu der bisher verfügbaren Therapie mit Nusinersen - insbesondere, wenn sie frühzeitig eingesetzt wird. Ein neu eingeführter Screeningtest von Neugeborenen auf SMA wird dies zukünftig ermöglichen. Auf Basis der Studiendaten konnte außerdem ein Nachbehandlungsschema empfohlen werden, das den Umgang mit den auftretenden Nebenwirkungen der Therapie erleichtert.
Die Rolle des Kleinhirns bei SMA
Ein Forschungsteam des Carl-Ludwig-Instituts für Physiologie der Universität Leipzig konnte zeigen, dass neben den Motoneuronen auch das Kleinhirn, das für die Bewegungskoordination wichtig ist, eine Rolle bei der Entstehung der spinalen Muskelatrophie spielt. Bei schwerer spinaler Muskelatrophie verlieren die Nervenzellen im Kleinhirn wichtige Verbindungen, und Purkinje-Zellen sterben ab. Diese Störungen im Kleinhirn tragen dazu bei, dass betroffene Mäuse Bewegungs- und Kommunikationsprobleme entwickeln. Die gezielte Wiederherstellung des fehlenden Proteins in den Purkinje-Zellen konnte sowohl die motorischen als auch sozialen Defizite teilweise verbessern.
Diese Ergebnisse verdeutlichen, dass das Kleinhirn nicht nur von der Krankheit betroffen, sondern ein eigenständiger Treiber der Symptome ist. Damit liefern die aktuellen Befunde eine mögliche Erklärung für die anhaltenden motorischen Einschränkungen und die neu auftretenden sozialen sowie kognitiven Probleme von Patienten trotz moderner Therapien.
Amyotrophe Lateralsklerose (ALS): Eine weitere schwere neuromuskuläre Erkrankung
Die amyotrophe Lateralsklerose (ALS) ist eine schwere, fortschreitende Erkrankung des Nervensystems, die Nervenzellen im Gehirn und Rückenmark angreift, die für Muskelbewegungen zuständig sind. Die Folge sind zunehmende Lähmungen von verschiedenen Muskelgruppen, aber auch andere Beschwerden.
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Symptome und Ursachen von ALS
Die Erkrankung beginnt meist zwischen dem 50. und 70. Lebensjahr, aber auch jüngere Menschen können betroffen sein. Die Symptome beginnen oft mit Störungen der Feinmotorik und einer sogenannten Fußheberschwäche. Im Verlauf der Erkrankung kommt es zu Muskelschwäche, Muskelschwund, gesteigerten Reflexen und unkontrollierter Anspannung der Muskeln. Auch Sprechstörungen, Schluckbeschwerden und eine Schwächung der Atemmuskulatur können auftreten.
Die genauen Ursachen von ALS sind noch nicht vollständig bekannt, jedoch unterscheidet man zwischen vererbbaren (genetischen) und nicht vererbbaren (sporadischen) Formen. Möglicherweise spielt der Botenstoff Glutamat im Gehirn eine Rolle, der sich bei ALS vermehrt ansammelt. Zudem kommt es Studien zufolge zu Schäden ganz verschiedener Strukturen im Gehirn, darunter bestimmte Zellen im Gehirn namens Mikroglia und die Zellbestandteile namens Mitochondrien; auch eine Störung des Immunsystems oder eine Fehlfunktion beim Transport von Substanzen in den Nervenfortsätzen könnten mögliche Ursachen sein.
Therapieansätze bei ALS
Heilbar ist ALS bislang nicht, doch der Krankheitsverlauf lässt sich verlangsamen und die Lebensqualität lange erhalten. Behandelt wird mit dem Medikament Riluzol, das im Nervensystem die Menge des Botenstoffs Glutamat verringert. Zusätzlich gibt es bei genetischen Ursache noch die Behandlung mit sogenannten Antisense-Oligonukleotiden (ASOs). Diese speziellen Moleküle blockieren Gene, die ALS auslösen.
Weitere Therapieansätze umfassen Physio- und Ergotherapie sowie Logopädie, die helfen, Symptome zu mildern und Bewegungen zu unterstützen, die noch möglich sind. Moderne Hilfsmittel erleichtern die Mobilität und verbessern die Kommunikation. Eine Beatmung per Maske kann die geschwächte Atemmuskulatur unterstützen. Bei einer Störung des Schluckens hilft eine Ernährungssonde (perkutane endoskopische Gastrostomie - PEG) bei der Nahrungsaufnahme.
Die Forschung entwickelt derzeit Gen-Therapien mit Medikamenten, die auf die genetischen Ursachen von ALS abzielen.
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Muskel-Nerven-Interaktionen und Regeneration
Obwohl Muskeln sich nicht direkt in Nervenzellen umwandeln können, gibt es wichtige Interaktionen zwischen Muskeln und Nerven, die für die Funktion und Regeneration beider Gewebe von Bedeutung sind.
Die Rolle von Muskeln bei der Nervenregeneration
Eine Studie des MIT zeigte, dass regelmäßiges Training den transplantierten Muskel dazu anregte, bestimmte biochemische Signale zu produzieren, von denen bekannt ist, dass sie das Wachstum von Nerven und Blutgefäßen fördern. Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass Muskeln eine aktive Rolle bei der Nervenregeneration spielen können, indem sie Wachstumsfaktoren und andere Signalmoleküle freisetzen, die das Nervenwachstum fördern.
MLP: Ein Protein mit Bedeutung für die Nervenregeneration
Ein Team des Lehrstuhls für Zellphysiologie der Ruhr-Universität Bochum (RUB) konnte zeigen, dass unter bestimmten Bedingungen in verletzten Nervenzellen des ZNS ein Protein gebildet wird, das bisher nur in Muskelzellen beschrieben wurde: Muscle LIM Protein (MLP). Wenn die Forscher künstlich mittels Gentherapie dafür sorgten, dass die geschädigten Nervenzellen MLP produzierten, zeigten deren Axone eine deutlich gesteigerte Regenerationsfähigkeit.
Diese Ergebnisse legen nahe, dass MLP eine wichtige Rolle bei der Nervenregeneration spielt und möglicherweise als Ziel für neue Therapieansätze bei Nervenverletzungen dienen könnte.