Eine Rückenmarksverletzung stellt eine der gravierendsten medizinischen Herausforderungen unserer Zeit dar. Oftmals resultieren dauerhafte Lähmungen, und die Bewegungsfähigkeit kehrt selbst nach jahrelanger intensiver Therapie nicht vollständig zurück. Die begrenzte Regenerationsfähigkeit des menschlichen Rückenmarks, bei dem zerstörte Verbindungen zwischen Nervenzellen in der Regel nicht nachwachsen, ist hierfür der Hauptgrund. Die Forschung konzentriert sich nun verstärkt auf innovative Ansätze, um diese Regeneration zu fördern.
Klinische Studie in Brasilien mit Polilaminina
In Brasilien hat eine kontrollierte klinische Studie begonnen, die einen neuartigen Ansatz zur Behandlung von Rückenmarksverletzungen untersucht. Dabei wird eine speziell hergestellte Form eines körpereigenen Proteins, Polilaminina, direkt in das frisch verletzte Rückenmark eingebracht. Ziel ist es, das Gewebe so zu verändern, dass Nervenfasern wieder wachsen können.
Was ist Polilaminina?
Polilaminina basiert auf einer Proteinverbindung aus menschlicher Plazenta und ist eine speziell organisierte Form des Proteins Laminin. Laminin spielt eine zentrale Rolle bei Wachstum und Vernetzung von Nervenzellen, insbesondere während der frühen Entwicklung. Die Entwicklung von Polilaminina ist das Ergebnis von über 25 Jahren Forschung an der Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ). Entscheidend ist die räumliche Anordnung des Proteins, das im Körper eine Art biologisches Gerüst bildet, an dem sich Nervenzellen orientieren. Nach einem Trauma zerfällt diese Struktur, und Polilaminina soll helfen, sie wiederherzustellen.
Bisherige Erfahrungen und Studiendesign
Schon vor der jetzigen Genehmigung wurde Polilaminina vereinzelt bei Menschen eingesetzt, wobei in einigen Fällen messbare Verbesserungen auftraten, die von kleinen Muskelbewegungen bis hin zu besserer Rumpfstabilität und einzelnen Schritten mit Unterstützung reichten. Die jetzt gestartete Phase-1-Studie umfasst fünf freiwillige Patienten im Alter zwischen 18 und 72 Jahren mit vollständiger Rückenmarksverletzung im Brustwirbelbereich. In dieser ersten Phase steht die Sicherheitsprüfung im Vordergrund, um mögliche Nebenwirkungen, Entzündungen oder andere Risiken zu erfassen.
Ausblick
Viele Fachleute sehen in dem Studienstart einen wichtigen Fortschritt für die Forschung zu Querschnittlähmung. Nach erfolgreichen Phase-2- und Phase-3-Studien könnte ein Antrag auf Zulassung gestellt werden. Die Studie markiert einen Wendepunkt, da erstmals unter kontrollierten Bedingungen getestet wird, ob sich das Umfeld einer frischen Rückenmarksverletzung so verändern lässt, dass Regeneration möglich wird.
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Zucker als Schlüsselfaktor bei Multipler Sklerose
Forschende der Charité - Universitätsmedizin Berlin und des Max-Delbrück-Centrums für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft (MDC) haben gemeinsam mit einem Team aus den USA und Kanada ein Zuckermolekül entdeckt, dessen Konzentration im Blut von Patientinnen und Patienten mit besonders schwerer Multipler Sklerose verringert ist. Diese Entdeckung könnte eine neue Therapieoption eröffnen.
Die Rolle von N-Acetylglucosamin (GlcNAc)
Der Einfachzucker N-Acetylglucosamin, kurz GlcNAc genannt, könnte eine wichtige Rolle bei der Entstehung der progredienten MS spielen. Im Organismus ist GlcNAc gemeinsam mit anderen Zuckermolekülen kettenartig an Proteine auf der Zelloberfläche gebunden. Dieser als Glykosylierung bekannte Mechanismus kontrolliert über eine Verzweigung dieser Zuckerketten diverse Zellfunktionen. Studien haben gezeigt, dass bei dieser besonders schweren Form der Erkrankung deutlich geringere Konzentrationen an N-Acetylglucosamin im Blutserum vorliegen als bei gesunden Menschen oder Patientinnen und Patienten mit schubförmiger MS. Niedrige Serumspiegel von GlcNAc sind mit einem progressiven Krankheitsverlauf, klinischer Behinderung und Neurodegeneration assoziiert.
Mögliche Therapieansätze
Die Forschenden hoffen, dass sich GlcNAc nicht nur als Biomarker für die progrediente MS eignet, sondern darüber hinaus eine neue Therapieoption eröffnen könnte. Die Hoffnung ist, dass mit GlcNAc und der verbundenen Glykosylierung die Myelinreparatur gefördert und so die Neurodegeneration verringert werden kann. Eine erste Phase-I-Studie hat untersucht, ob eine Einnahme von GlcNAc in bestimmten Dosierungen sicher ist. Sollte sich dieses bestätigen, hofft das Forschungsteam, in weiteren Studien mögliche Effekte als MS-Therapie untersuchen zu können.
Tiermodelle und Muttermilch
Ein Einfachzucker, der in Muttermilch enthalten und als Nahrungsergänzungsmittel verfügbar ist, fördert bei Mäusen die Reparatur von Myelin. Forschende haben säugenden Mäusen den Einfachzucker verabreicht, den die Tiere dann über die Muttermilch an ihre Nachkommen weitergaben. Es wurde festgestellt, dass N-Acetylglucosamin die Myelin-Stammzellen aktiviert, um die primäre Myelinisierung und Myelinreparatur zu fördern.
Zuckerstoffwechsel und Alzheimer
Auch in der Alzheimer-Forschung rückt der Zuckerstoffwechsel zunehmend in den Fokus. Eine neue Studie beschreibt, wie der Abbau von Glykogen in den Nervenzellen des Gehirns vor einer schädlichen Ansammlung von Proteinen schützen könnte. Glykogen ist eine Speicherform von Glukose-Zucker.
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Die Rolle von Glykogen
Obwohl Glykogen größtenteils als Energiereserve in der Leber und den Muskeln gespeichert wird, existieren kleine Mengen im Gehirn, die anscheinend eine große Wirkung auf die dortigen Neuronen haben. Alzheimer und Demenz könnten auch mit Problemen im Zuckerstoffwechsel erklärt werden. Bei Untersuchungen von durch Tau-Fibrillen belasteten Neuronen war übermäßig viel Glykogen aufgefallen. Das Protein Tau scheint sich dabei physisch an Glykogen zu binden, es einzufangen und seinen Abbau zu verhindern. Durch den mangelnden Abbau des Glykogens verlieren die Nervenzellen wiederum ihre Fähigkeit, sogenannten oxidativen Stress zu verarbeiten.
Therapieansätze zur Aktivierung des Glykogenabbaus
Das Forschungsteam hat eine Lösung identifiziert: die Aktivierung des Enzyms Glykogenphosphorylase (GlyP), das das Glykogen abbaut. Dadurch könne der Schaden durch die Ablagerungen der Tau-Proteine eingegrenzt werden. Experimente an Nervenzellen der Fruchtfliege sowie an aus Stammzellen gewonnenen menschlichen Neuronen zeigten, dass durch die Erhöhung der GlyP-Aktivität die Gehirnzellen schädliche reaktive Sauerstoffarten besser entgiften können, wodurch Schäden reduziert und sogar die Lebensdauer von Tauopathie-Modellfliegen verlängert würde.
Ernährung und Medikamente
Eine kalorienreduzierte Ernährung steigert die Aktivität des Enzyms GlyP natürlich und verbessert tau-bedingte Schäden in Fruchtfliegen. Diese Effekte konnten auch durch das Molekül 8-Br-cAMP nachgeahmt werden, was auf neue medikamentöse Therapien hoffen lässt. Auch in menschlichen Nervenzellen von Patienten mit der seltenen frontotemporalen Demenz zeigte GlyP schützende Effekte. Die Forschungsergebnisse könnten erklären, warum sogenannte GLP-1-Medikamente gegen Diabetes und Übergewicht auch bei Demenz wirken.
Zuckerproteine und die Blut-Hirn-Schranke
Eine Studie der Universität Stanford vermutet, dass altersbedingte Veränderungen in der Zuckerschicht von Zellen (Glykokalix), die an der Barriere zwischen Gehirn und Rückenmark liegen, eine erhöhte Durchlässigkeit, Entzündungen und kognitive Defizite zur Folge haben. Durch gezieltes Ergänzen bestimmter Zuckerproteine ließen sich in Experimenten Barrierefunktion, Entzündungsniveau und Gedächtnisleistung zumindest bei alten Mäusen deutlich verbessern.
Entzündungsschmerz und Zuckerstoffwechsel im Rückenmark
Forschende der Medizinischen Fakultät Heidelberg der Universität Heidelberg haben untersucht, welche genetischen Informationen im Rückenmark angeschaltet werden, wenn im Körper Entzündungen schmerzen. Dabei entdeckten sie eine bisher unbekannte Verbindung mit dem Zuckerstoffwechsel.
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Genetische Aktivität und Astrozyten
Sie untersuchten im Tierversuch, wie sich mit Beginn des Entzündungsschmerzes die genetische Aktivität im Rückenmark verändert. Dabei entdeckten sie, dass in den sogenannten Astrozyten, die wie „Nannys“ für die Versorgung der Nervenzellen zuständig sind, ein Gen des Zuckerstoffwechsels verstärkt aktiviert wurde. Das führte dazu, dass diese Zellen ihre Zuckerreserven (Glykogen) aufstockten. Das Team vermutet, dass damit der erhöhte Energiebedarf der benachbarten Nervenzelle gedeckt wird, wenn diese sich für den anhaltenden Schmerz vorbereiten.
Das Protein PTG und Neurotransmitter
Das Team beobachtete, dass in den Astrozyten im Rückenmark von Mäusen in Folge des Entzündungsschmerzes genetische Information abgerufen werden, die unter anderem dazu führten, dass das Protein PTG (Protein Targeting to Glycogen) verstärkt gebildet wurde. Nach sechs Stunden enthielten die Astrozyten deutlich mehr Glykogen, danach lagerten sie wieder weniger Zuckerreserven ein. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Stoffwechsellabors des Zentrums für Kinder- und Jugendmedizin am Universitätsklinikum Heidelberg beobachteten, dass in den schmerzleitenden Nervenzellen des Rückenmarks zeitlich passend bestimmte Signalstoffe vermehrt gebildet wurden, unter anderem der sogenannte Neurotransmitter Glutamat. In speziell gezüchteten Mäusen, die das PTG-Protein der Astrozyten nicht bilden konnten, war dieser Neurotransmitter dagegen reduziert.
Implikationen für die Schmerztherapie
Die Forschenden halten es daher für möglich, dass die Astrozyten den Nervenzellen den zusätzlichen Zuckervorrat liefern könnten, um genügend Neurotransmitter für die sensibilisierte und damit verstärkte Reizweiterleitung produzieren zu können. Die veränderten Mäuse empfanden zwar gleichermaßen den akuten Schmerz zu Beginn der Entzündung, allerdings normalisierte sich bei ihnen die gesteigerte Schmerzempfindlichkeit bei anhaltendem Entzündungsreiz deutlich schneller als bei den Tieren mit PTG-Protein. Das macht den Stoffwechselweg um PTG interessant für zukünftige therapeutische Ansätze - eventuell nicht nur bei anhaltendem Entzündungs-, sondern auch bei chronischem Schmerz.
Insulin, Blutzucker und Alzheimer
Es gibt Hinweise darauf, dass sowohl hohe als auch niedrige Insulinspiegel im Gehirn mit der Entstehung von Alzheimer in Verbindung stehen könnten. Ein chronisch erhöhter Insulinspiegel im Körper (Hyperinsulinämie) kann die Blut-Hirn-Schranke schädigen, wodurch nicht mehr ausreichend Insulin ins Gehirn gelangen kann. Gleichzeitig können hohe Insulinspiegel im Körper Entzündungsprozesse fördern, die zur Bildung von Ablagerungen im Gehirn beitragen, welche typisch für Alzheimer sind.
Studien zum Zusammenhang
Eine Studie der University of Washington zeigte, dass ein künstlich erhöhter Insulinspiegel bei Freiwilligen zu einem Anstieg von F2-Isoprostan führte, einer Substanz, die in besonders hohen Mengen im Gehirn von Alzheimerpatienten vorkommt. Dies deutet darauf hin, dass hohe Insulinspiegel schädliche Prozesse im Gehirn auslösen können.
Ernährungsempfehlungen
Um das Risiko von Alzheimer zu verringern, wird empfohlen, Mahlzeiten mit Zucker oder aus anderen isolierten Kohlenhydraten (Weissmehl- und Zuckerprodukte, Süssigkeiten, süsse Desserts und gesüsste Getränke) zu meiden, da diese den Blutzucker- und Insulinspiegel stark ansteigen lassen. Auch Süssstoffe sollten vermieden werden, da sie ebenfalls das Demenz-Risiko erhöhen können. Stattdessen sollte man sich auf eine gesunde Ernährung mit viel Gemüse, Obst, gesunden Fetten und komplexen Kohlenhydraten konzentrieren.
Weitere Massnahmen
Zusätzlich zur Ernährung können auch andere Massnahmen dazu beitragen, das Gehirn vor Demenz zu schützen:
- Antioxidantien: Verstärkt Antioxidantien (Astaxanthin, OPC, Aronia etc.) und Omega-3-Fettsäuren (Krillöl, DHA-Algenöl) zu sich nehmen.
- Heilpflanzen: Heilpflanzen nutzen, die das Gehirn vor Demenz schützen, z. B. die Gedächtnispflanze Brahmi aus dem Ayurveda.
- Magnesium: Die Magnesiumversorgung optimieren, da Magnesium unter anderem entzündungshemmend und antidiabetisch wirkt.
Zucker als Energiequelle für Gehirnimplantate
Wissenschaftler am MIT haben eine Glukose-Brennstoffzelle entwickelt, die den Zuckergehalt von Flüssigkeiten im menschlichen Körper zur Stromerzeugung nutzt. Diese Technologie könnte künftig in das Gehirn implantiert werden und unter Verwendung der zerebrospinalen Flüssigkeit für den Antrieb von Prothesen und anderen Hilfsmitteln genutzt werden.
Funktionsweise der Brennstoffzelle
Die Brennstoffzelle basiert auf herkömmlicher Halbleitertechnik und besteht aus einem Siliziumchip mit einem Platin-Katalysator, der Ionen aus der Glukose zieht. Der Prototyp kann bereits einige Hundert Mikrowatt an Strom erzeugen, was für den Betrieb von Low-Power-Gehirnimplantaten bereits genügt.
Vorteile der Gehirn-Rückenmark-Flüssigkeit
Die Gehirn-Rückenmark-Flüssigkeit ist die ideale Umgebung für die Brennstoffzelle, da sie ständig zirkuliert und über einen hohen Glukosegehalt verfügt. Gleichzeitig befinden sich in ihr nur wenige Zellen, was eine Immunreaktion unwahrscheinlich macht. Da nur ein geringer Teil des Zuckergehalts verwendet wird, ist nach Ansicht der Forscher zudem kein nennenswerter Einfluss auf die Hirnaktivität zu erwarten.
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