Können sich Nervenzellen regenerieren? Ein umfassender Überblick

Die Vorstellung, dass verletzte oder geschädigte Nerven sich nicht regenerieren können, ist weit verbreitet. Dies trifft jedoch nur bedingt zu. Während Nervenfasern im Gehirn und Rückenmark nach einer Verletzung in der Regel nicht nachwachsen, zeigen Nervenzellen im peripheren Nervensystem bei einer Schädigung erstaunliche Regenerationsfähigkeiten. Dieser Artikel beleuchtet die komplexen Mechanismen der Nervenregeneration, die Faktoren, die sie beeinflussen, und die vielversprechenden Forschungsansätze, die darauf abzielen, die Regeneration im zentralen Nervensystem zu fördern.

Nervenschädigungen und ihre Ursachen

Nervenschädigungen und die damit einhergehenden Nervenschmerzen sind keine Seltenheit. Die Ursachen der sogenannten peripheren Neuropathie sind vielfältig. Neben Quetschungen des Nervs, wie sie z. B. bei einem Karpaltunnelsyndrom vorkommen, sind es vor allem stoffwechsel- oder ernährungsbedingte Faktoren, die zu einer Schädigung der Nervenfaser führen, allen voran erhöhte Blutzuckerspiegel bei Diabetes Mellitus. Aber auch Giftstoffe (z. B. Alkohol) und Vitaminmangel können Nervenschäden verursachen. Ein geschädigter Nerv kann ankommende elektrische Impulse nicht mehr richtig weiterleiten, was zu Schmerzen oder Gefühlsstörungen wie Taubheit oder Kribbeln führt.

Die Regeneration im peripheren Nervensystem

Wissenschaftliche Erkenntnisse legen nahe, dass sich ein Nerv des peripheren Nervensystems unter bestimmten Voraussetzungen von selbst regenerieren kann. Dies hängt insbesondere von der Art der Schädigung und dem Überleben des Zellkörpers ab. Im Gegensatz dazu ist eine Nervenschädigung im zentralen Nervensystem in der Regel permanent, da Nervenzellen hier nicht ohne weiteres regenerieren können.

Die Nervenregeneration ist ein wichtiger Reparaturprozess des peripheren Nervensystems, der zur Wiederherstellung der Struktur und Funktion der Nervenzelle führt. Wird ein peripherer Nerv verletzt, vergrößert sich der Zellkern der Nervenzelle, um sich für die Herstellung von Proteinen für den Neuaufbau vorzubereiten. In einem nächsten Schritt werden Fresszellen des Immunsystems, sogenannte Makrophagen, angelockt, um die abgebauten Zellbestandteile zu entsorgen. Die Nervenzelle ist nun bereit für den Wiederaufbau.

Ziel der Regeneration ist es, die abgebauten Teile der Axone wiederherzustellen, um so wieder eine kontinuierliche Reizweiterleitung und Versorgung der innervierten Organe zu ermöglichen. Mit der Zeit werden diese sogenannten Axon-Sprossen länger und wachsen in Richtung des Zielgewebes. Damit die Axone dabei nicht vom Weg abkommen, konstruieren neu gebildete Schwann-Zellen in dem leeren Raum, in dem sich die verletzten Axone befunden haben, eine Leitbahn. Schwann-Zellen übernehmen aber noch weitere wichtige Aufgaben im Rahmen der axonalen Regeneration. Sie fördern beispielsweise die Bereitstellung von Wachstumsfaktoren und können helfen, Entzündungen zu lindern.

Lesen Sie auch: Funktion des Sehnervs

Faktoren, die die Nervenregeneration beeinflussen

Damit die Regeneration einer Nervenzelle im peripheren Nervensystem gelingen kann, müssen zunächst die Ursachen der Nervenschäden beseitigt werden und im Körper alle für den Wiederaufbau benötigten Baumaterialien zur Verfügung stehen.

Nukleotide: Uridinmonophosphat (UMP) und Cytidinmonophosphat (CMP)

Uridinmonophosphat (UMP) und Cytidinmonophosphat (CMP) gehören zu den sogenannten Nukleotiden, den Grundbausteinen unserer Erbsubstanz. Entsprechend sind sie an der Herstellung von Nervenzellproteinen und Membranlipiden, die für die Nervenregeneration unverzichtbar sind, in entscheidendem Maße beteiligt. Gleichzeitig übernehmen die Nukleotide in unserem Körper aber auch wichtige Rollen als Botenstoffe. Uridin-Nukleotide sorgen u. a. für die Differenzierung der Schwann-Zellen und leiten das Wachstum von Neuriten aus dem Wachstumskegel ein.

B-Vitamine

Verschiedene Vitamine des B-Komplexes spielen für unsere Nerven eine entscheidende Rolle, da sie zur normalen Funktion des Nervensystems beitragen. Dies ist auch daran zu erkennen, dass eine mangelnde Versorgung mit B-Vitaminen, insbesondere ein Vitamin-B-12-Mangel, zu einer Nervenschädigung (z. B. der peripheren Neuropathie) beitragen kann.

• Vitamin B12: Als Coenzym übernimmt Vitamin B12 wichtige Funktionen im Energiestoffwechsel, der Zellteilung sowie der Übertragung von Methylgruppen. Damit spielt das Vitamin eine besondere Rolle bei der Herstellung wichtiger Nervenzellproteine und dem schützenden Myelin. Vitamin B12 ist ausschließlich in tierischen Lebensmitteln wie Fleisch, Fisch, Milchprodukten und Eiern enthalten. Daher sind Vegetarier:innen häufig nicht optimal mit B12 versorgt.
• Vitamin B6: Vitamin B6 übernimmt eine zentrale Rolle bei der Herstellung von Nervenbotenstoffen, die für die Signalübertragung zwischen den Nervenzellen wichtig sind. Zudem wird es als Cofaktor für die Herstellung von Myelin benötigt.
• Vitamin B1: Vitamin B1 wird häufig auch als „Nervenvitamin“ bezeichnet, denn es übernimmt gleich mehrere Aufgaben zum Erhalt der Nervenfunktion. Als Cofaktor beim Abbau von Glukose ist es zum einen dafür mitverantwortlich, dass der Nervenzelle ausreichend Energie zur Verfügung steht. Zum anderen unterstützt es die Bereitstellung von Nervenbotenstoffen und Myelin und trägt zum Erhalt der Struktur der Zellmembranen bei.
• Folsäure: Folsäure ist für das Wachstum und die Teilung der Nervenzelle von Bedeutung. Gemeinsam mit Vitamin B12 übernimmt es zudem eine wichtige Rolle als sog. Methylgruppenüberträger und ist somit an der Herstellung von DNA-Bausteinen beteiligt. Darüber hinaus trägt das Vitamin Folsäure dazu bei, das Stoffwechselprodukt Homocystein „abzubauen“, welches in großen Mengen nervenschädigend sein kann. Dabei arbeitet es eng mit Vitamin B6 und Vitamin B12 zusammen. Als Folat ist es insbesondere in grünem Blattgemüse zu finden.

Neue Erkenntnisse zu neuropathischen Schmerzen nach Nervenverletzungen

Selbst ausgeheilte Nervenverletzungen hinterlassen häufig chronischen Schmerz und Überempfindlichkeit gegenüber sanften Berührungen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Pharmakologischen Instituts und des Instituts für Anatomie und Zellbiologie der Medizinischen Fakultät Heidelberg (MFHD) haben nun im Tierversuch gezeigt, dass fehlerhafte „Verschaltungen“ der Schmerzrezeptoren (Nozizeptoren) zu einer bisher noch nicht untersuchten Form sogenannter neuropathischer Schmerzen führen. Sie treten erst im Zuge der Regeneration von Nervenverbindungen beim Ausheilen der Verletzung auf.

Die neuropathischen Schmerzen, die eine interdisziplinäre Forschungsgruppe im Rahmen des Heidelberger Sonderforschungsbereichs (SFB) 1158 „Von der Nozizeption zum chronischen Schmerz“ unter die Lupe nahm, treten nach traumatischen Verletzungen wie z.B. Quetschungen auf: Dabei sind nicht alle Fasern eines z.B. die Haut versorgenden Nervs geschädigt, daneben gibt es noch intakte Fasern, deren Verbindung zur Haut weiterhin besteht. Die neuen Ergebnisse zeigen, dass die chronischen Schmerzen nicht etwa durch die eigentliche Verletzung entstehen, sondern auf einer fehlerhaften Nervenregeneration sowie auf einer fehlerhaften Wiederherstellung der nervalen Versorgung, der sogenannten Reinnervation, beruhen.

Lesen Sie auch: Wie unser Gehirn Reize bewertet

Während sich die taktilen Nervenfasern, die Berührungsreize an Rückenmark und Gehirn weiterleiten, nach der Verletzung nicht oder nur langsam regenerieren - daher das anfängliche Taubheitsgefühl -, sind die schmerzleitenden Fasern dazu schneller in der Lage. Sie nehmen statt der sensorischen Fasern den Platz der gekappten Berührungssensoren in der Haut ein. Die Folge: Jeder taktile Reiz wirkt nun wie ein Schmerzreiz - selbst ein sanftes Streicheln oder das Gefühl von Kleidung auf der Haut kann dann Schmerzen verursachen.

Derzeit gibt es keine Behandlungsmöglichkeit, diese Form von chronischen Schmerzen zielgerichtet zu lindern oder zu verhindern. Das interdisziplinäre Team wird sich daher zukünftig mit der Frage beschäftigen, wie die verletzten taktilen Fasern zur Regeneration angeregt werden können, damit es erst gar nicht zum Verlust des Gleichgewichts zwischen Berührungs- und schmerzhaften Empfindungen kommt.

Neurogenese im erwachsenen Gehirn

Auch im Erwachsenenalter werden im menschlichen Gehirn neue Nervenzellen gebildet. Diese wichtige Erkenntnis ist allerdings noch relativ jung: Erst seit Anfang dieses Jahrtausends ist wissenschaftlich belegt, dass auch noch nach der frühen Kindheit aus den das Nervengewebe stützenden Zellen, den Gliazellen, neue Neurone entstehen können. Professorin Magdalena Götz hat zu dieser Erkenntnis beigetragen: Sie konnte nachweisen, dass es im Gehirn bestimmte Bereiche gibt, in denen diese sogenannten adulten Stammzellen entstehen. Danach wandern deren Nachkommen in andere Bereiche, wo sie zu vollwertigen Neuronen heranreifen und in das neuronale Netz integriert werden können.

Im erwachsenen Gehirn von Säugetieren kommen Nervenstammzellen nur in bestimmten Bereichen vor, den sogenannten Stammzellnischen. Ein Merkmal der Stammzellnischen ist, dass diese Regionen besonders starr und wenig flexibel sind. Unter anderem liegt das daran, dass die extrazelluläre Matrix, also die Zellbestandteile, die außen an der Zelle haften, ein starkes Netzwerk ausbildet.

Die Rolle der synaptischen Übertragung bei der Regeneration

Ausgewachsene Nervenzellen des zentralen Nervensystems regenerieren sich nicht, wenn sie geschädigt wurden, zum Beispiel durch eine Rückenmarksverletzung. Eine Studie von Forschenden des DZNE liefert Hinweise darauf, dass diese Unfähigkeit zur Wiederherstellung eng mit der Eigenschaft der Nervenzellen zusammenhängt, miteinander zu kommunizieren. Konkret fanden die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler heraus, dass zwei Proteine, die für die so genannte synaptische Übertragung zwischen Nervenzellen entscheidend sind, das Auswachsen von Zellfortsätzen verhindern.

Lesen Sie auch: Mehr über Reizüberlastung

Die identifizierten Moleküle mit den Namen „Munc13“ und „RIMs“ treten im „präsynaptische Endknöpfchen“ auf, dem äußersten Ende eines Axons. Beide Proteine sind an einem Prozess beteiligt, der als „Vesikel-Priming“ bezeichnet wird und letztlich zur Freisetzung von Neurotransmittern führt, chemischen Verbindungen, über die Nervenzellen miteinander kommunizieren. Experimente, bei denen diese Proteine sozusagen aktiviert und deaktiviert werden konnten, zeigten, dass Munc13 und RIMs die Regeneration von Nervenzellen hemmen.

Untersuchungen an Mäusen mit einer Rückenmarksläsion ergaben, dass die Behandlung mit dem Medikament Baclofen, welches die Erregbarkeit von Nervenzellen und die synaptische Übertragung verringert, tatsächlich Wachstum und Regeneration von Axonen im verletzten Rückenmark anregte.

Neuronale Reprogrammierung als Therapieansatz

Neurologische Erkrankungen wie Trauma, Schlaganfall, Epilepsie und verschiedene neurodegenerative Erkrankungen führen häufig zu einem dauerhaften Verlust von Nervenzellen, was zu erheblichen Beeinträchtigungen der Gehirnfunktion führt. Die derzeitigen Behandlungsmöglichkeiten sind begrenzt, weil es immer noch eine Herausforderung ist, verloren gegangene Nervenzellen zu regenerieren. Die neuronale Reprogrammierung, ein komplexes Verfahren, bei dem ein Zelltyp in einen anderen umgewandelt wird, bietet eine vielversprechende Strategie.

In Zellkultur und in lebenden Organismen können Gliazellen - also nicht neuronale Zellen des zentralen Nervensystems - erfolgreich in funktionelle Neuronen umgewandelt werden. Die Prozesse, die an dieser Umprogrammierung beteiligt sind, sind jedoch komplex und noch nicht ausreichend verstanden. Zwei Teams unter der Leitung von Magdalena Götz und Boyan Bonev haben die molekularen Mechanismen untersucht, mit denen Gliazellen mithilfe eines einzigen Transkriptionsfaktors in Neuronen umgewandelt werden. Dabei konzentrierten sich die Forschenden auf kleine chemische Modifikationen des Erbguts, sogenannte epigenetische Veränderungen. Die Forschenden identifizierten ein neuartiges Protein, den Transkriptionsregulator YingYang1, als Schlüsselfaktor für diesem Prozess. YingYang1 ist notwendig, um das Erbgut für die Umprogrammierung zu öffnen, und interagiert dafür mit dem Transkriptionsfaktor.

Uridinmonophosphat (UMP) zur Unterstützung der Nervenregeneration

Wird die Ursache der Nervenschädigung etwa bei chronischen Rückenschmerzen, Polyneuropathie oder Karpaltunnel Syndromen behoben, können sich Nerven regenerieren. Dabei ist die Gabe einer Nährstoffkombination aus Uridinmonophosphat (UMP), Vitamin B12 und Folsäure eine geeignete unterstützende Behandlungsoption.

Bei einer peripheren Nervenschädigung sind meist die Myelin produzierenden Schwann-Zellen der peripheren Nerven betroffen, sodass ein wesentlicher Aspekt der Behandlung in der Regeneration und dem Schutz der Myelinscheide besteht. In klinischen Modellen zu Myelinscheiden- Schädigungen hat sich die Gabe von Nukleotiden wie Uridinmonophosphat (UMP) als sinnvoller Ansatz erwiesen. UMP fördert die Synthese von Phospho- und Glykolipiden sowie Glykoproteinen und unterstützt den Wiederaufbau der Myelinschicht. Zusätzlich fördert UMP als RNA-Baustein die Biosynthese von Strukturproteinen und Enzymen. Insgesamt trägt die gezielte Stimulation des Nervenstoffwechsels zur Unterstützung der physiologischen Reparaturmechanismen nach Nervenläsionen bei.

Um die benötigte Menge zu sich zu nehmen, können Nahrungsergänzungsmittel mit entsprechend hoher UMP-Konzentration in die Therapie zur Unterstützung der Nervenregeneration einbezogen werden. Diese sollten regelmäßig und über einen längeren Zeitraum von mindestens 60 Tagen eingenommen werden, da die Regeneration zerstörter Nervenfasern Zeit benötigt.

Nukleotide wie UMP werden bereits seit rund vier Jahrzehnten erfolgreich eingesetzt. So zeigte schon im Jahr 2009 eine Beobachtungsstudie mit 123 Patienten, dass die Kombination von Uridinmonophosphat, Vitamin B12 und Folsäure positive Ergebnisse erzielt. Etwa 90% der Patienten berichteten unter Supplementation von einer signifikanten Verbesserung ihres Zustands. Insgesamt zeigte sich bereits nach drei Wochen eine erhebliche Schmerzreduktion, eine gesteigerte Lebensqualität und ein verbesserter klinischer Gesamteindruck. Auch bei Patienten, die an schmerzhaften Erkrankungen des peripheren Nervensystems litten, erzielte eine Nährstoffkombination aus Uridinmonophosphat, Vitamin B12 und Folsäure einen signifikanten Symptomrückgang.

Die Rolle von Fettzellen bei der Nervenreparatur

Periphere Nerven verfügen prinzipiell über ein ausgeprägtes Regenerationspotential. Abhängig sind sie dabei von den die Nervenfasern umgebenden Schwann-Zellen. Wissenschaftler:innen der Universitätsmedizin Leipzig haben nun herausgefunden, dass Schwann-Zellen bei der Nervenreparatur von dem Fettgewebe, welches die Nerven im Körper umgibt, entscheidend unterstützt werden.

Leptin wird vor allem von Zellen des Fettgewebes produziert und ist bisher im Ernährungskontext für seine appetitzügelnde Wirkung bekannt. Überraschenderweise zeigte sich im aktuellen Forschungsprojekt, dass die Leptin-Signalwirkung auch einen wichtigen Faktor für die Reparatur verletzter Nerven durch Schwann-Zellen darstellt. Das Leptin der Fettzellen regt den Energiehaushalt regenerierender Schwann-Zellen an, indem es deren Mitochondrien stimuliert. Gleichzeitig nutzen die Mitochondrien der Schwann-Zellen dabei Anteile des geschädigten Nervengewebes als Energiesubstrat, damit eine erfolgreiche Regeneration stattfinden kann.

Stabilisierung von Mikrotubuli zur Förderung des axonalen Wachstums

Eine Verletzung im Gehirn oder Rückenmark hat meist schlimme Folgen, denn anders als zum Beispiel in Armen und Beinen wachsen durchtrennte Nervenfasern hier nicht nach. Nun konnten die Vorgänge in verletzten Nervenzellen erstmals beobachtet werden. Dabei zeigte sich, dass der Stabilisierung zellinterner Protein-Röhrchen (Mikrotubuli) eine wichtige Bedeutung beim Wachsen dieser Zellen zukommt.

Wird ein Axon im Peripheren Nervensystem durchgeschnitten, so bildet sich an seiner Spitze ein Wachstumskegel, und das Axon wächst erneut aus. Auch im Zentralen Nervensystem bildet sich an der verletzten Axonspitze eine Verdickung. Anders als beim Wachstumskegel im peripheren Bereich zeigt diese sogenannte Verkürzungsknolle jedoch keinerlei Bestreben zum Weiterwachsen. Es zeigte sich, dass eine Verkürzungsknolle bereits knapp eine Stunde nach einer Verletzung zu erkennen ist. Während das Ende des verletzten Axons somit in den folgenden Stunden langsam anschwillt, sammeln sich im Inneren der Verkürzungsknolle Mitochondrien - ähnlich wie bei einem Wachstumskegel.

Wurde Nocodazole, ein Wirkstoff, der Mikrotubuli destabilisiert, zu einem Wachstumskegel hinzugegeben, so entstand daraus eine Verkürzungsknolle, und das Axon stellte sein Wachstum ein. Das war ein eindeutiger Hinweis darauf, dass das Durcheinanderbringen der Mikrotubuli in der Verkürzungsknolle eine der Hauptursachen für den Wachstumsstopp des Axons ist. Wurde der Wirkstoff Paclitaxel, der die Mikrotubuli stabilisiert, zu verletzten Nervenzellen des Zentralen Nervensystems gegeben, zeigten sich recht ermutigende Effekte. Durch Zugabe von Paclitaxel gelang es den Wissenschaftlern, einer jungen Zelle die Entscheidung abzunehmen, welcher ihrer Fortsätze zum Axon wird. Mithilfe des Wirkstoffs konnten die Mikrotubuli jedes beliebigen Fortsatzes stabilisiert werden, wodurch dieser Fortsatz zum Axon auswuchs.

Beschleunigung der Nervenfaserwachstums durch Vasohibine-Hemmung

Verletzungs- oder krankheitsbedingte Nervenschädigungen führen häufig zu dauerhaften Störungen der Motorik, Sensibilität oder chronischen Schmerzen. Ein Kölner Forschungsteam hat nun einen möglichen Wirkstoff zur Nervenregeration untersucht.

Sie stellten fest, dass sich das Gleichgewicht zwischen detyrosinierten und tyrosinierten Mikrotubuli zwischen erwachsenen Tieren und neugeborenen unterscheidet. Mithilfe eines definierten Inhaltsstoffes aus dem Mutterkraut (Tanacetum Parthenium) wurden die Vasohibine so stark gehemmt, dass sich das Gleichgewicht zwischen detyrosinierten und tyrosinierten Mikrotubuli bei Nervenzellen von adulten Tieren dem von neugeborenen Tieren annäherte. Dies führte bei adulten Nervenzellen zu einer deutlichen Beschleunigung der axonalen Regeneration. Bemerkenswert ist, dass die Forscher auch im lebenden Tier zeigen konnten, dass Parthenolid nach täglicher intravenöser Gabe den Heilungsprozess von geschädigten Nerven deutlich beschleunigt, sodass die Tiere nach einer Behandlung deutlich früher wieder ihre Zehen bewegen und Reize spüren konnten.

tags: #reize #nervenzelle #neu #aufbauen