Bolus-Wissen: Gehirnwäsche mal anders

Bolus-Wissen: Gehirnwäsche mal andersHydraulik fürs Hirn, ins Netz gegangene Erinnerungen und Schleimbarriere aus Organoiden – hier erhältst du wirksame Wissens-Boli zum Angeben. Klick dich rein!

Bauchmuskeln: Pumpe fürs Gehirn?

Klingt zu gut, um wahr zu sein: In einer in Nature Neuroscience veröffentlichten Studie konnten Forscher nachweisen, dass einfache Bauchmuskelkontraktionen das Gehirn im Schädel leicht verschieben – und so den Fluss des Liquors fördern können. Dafür beobachtete die Gruppe die Bewegungen mit Zwei‑Photonen‑Mikroskopie und Mikro‑CT und ergänzte die Befunde durch Simulationen: Druckanstieg im Bauchraum komprimiert den vertebralen Venenplexus und versetzt das Gehirn in ein sanftes Wiegen, das den Flüssigkeitstransport antreibt. Kontrollierte, lokale Druckeinwirkung bei betäubten Mäusen reichte aus, um diese Verschiebung des Gehirns zu erzielen; das Organ kehrte nach Druckentlastung schnell in die Ausgangsposition zurück.

Für die Modellierung vereinfachten die Autoren das Gehirn als schwammähnliche Struktur, um Strömungen durch Falten und Poren zu simulieren. „In Anlehnung an die Vorstellung vom Gehirn als Schwamm haben wir es uns auch als schmutzigen Schwamm vorgestellt – wie reinigt man einen schmutzigen Schwamm?“, so Francesco Costanzo, Leiter der Computer-Modellierung. Co-Autor Patrick Drew fasst die Bedeutung zusammen: „Das Modell erklärt, wie schon einfache Bewegungen als wichtiger physiologischer Mechanismus zur Förderung der Gehirngesundheit dienen können.“ Könnte also körperliche Aktivität neurodegenerativen Prozessen gezielt vorbeugen? Dafür braucht es – wie so oft – noch weitere Studien. Die Autoren zeigen sich jedoch hoffnungsvoll.

Ein Netzwerk an Erinnerungen

Wie genau entstehen Erinnerungen in unserer Entwicklung? Dieser scheinbar einfachen Frage liegt eine wissenschaftliche Kontroverse zugrunde: Entstehen Erinnerungen wie frische Farbkleckse auf weißem Papier – das sogenannte Prinzip der Tabula rasa, einer Art leeren Tafel – oder ist das Bild bereits vorgezeichnet und wird mit jeder neuen Erinnerung lediglich verfeinert — eine Tabula plena, eine volle Tafel?

Forscher am Institute of Science and Technology Austria (ISTA) sind dieser Frage auf den Grund gegangen. Mithilfe der Patch-Clamp-Technik zur Messung elektrischer Signale in Nervenzellen sowie bildgebender Mikroskopie wurden Mäuse in drei Entwicklungsstadien untersucht: kurz nach der Geburt (Tag 7–8), im juvenilen Alter (Tag 18–25) und im Erwachsenenalter (Tag 45–50).
Die Ergebnisse sind aufschlussreich: Unmittelbar nach der Geburt ist das neuronale Netzwerk im Hippocampus, gebildet aus CA3-Pyramidenzellen, außergewöhnlich dicht und die Verbindungen wirken zunächst zufällig. Mit zunehmendem Alter lichtet sich dieses Netzwerk, wird dabei jedoch präziser und gezielter. Eine abschließende Erklärung liefern die Daten noch nicht. Forschungsgruppenleiter Professor Peter Jonas vermutet jedoch evolutionäre Effizienz als Ursache: Ein bereits bestehendes Netzwerk könnte die spätere, präzise Verknüpfung von Neuronen erleichtern. Denn der Hippocampus speichert nicht nur einzelne, sondern verknüpft visuelle, olfaktorische und auditive Informationen miteinander. Bei einer vollständigen Neubildung von Verbindungen, ähnlich dem Tabula-rasa-Modell, wären einzelne Zellen zu weit voneinander entfernt, um effizient kommunizieren zu können.

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Organoide als Testlabor: Neue Einsichten zu EPEC und Helicobacter

Ein Team um Prof. Sina Bartfeld hat ein Darm-Organoid-Modell entwickelt, mit dem sich der Infektionsweg des diarrhoeverursachenden Erregers EPEC (enteropathogene Escherichia coli) untersuchen lässt. Die im Labor aus gewebsresidenten Stammzellen gezüchteten, dreidimensionalen Mini-Gewebe bilden eine einlagige Zellschicht mit Hohlraum und reproduzieren zentrale Merkmale der Schleimhaut. Erste Ergebnisse zeigen, dass die von den Organoid-Zellen produzierte Schleimschicht eine wirksame, natürliche Barriere gegen EPEC darstellt. „Die Schleimschicht, die die Darmzellen produzieren, scheint dafür entscheidend zu sein. Wie sie genau aufgebaut ist und gebildet wird, das wollen wir in weiterführenden Arbeiten untersuchen“, sagt Bartfeld. Mit Organoiden aus Stammzellen verschiedener Altersgruppen wollen die Forscher außerdem klären, warum besonders junge Kinder von EPEC-Infektionen betroffen sind.

Auch für andere Erreger liefern Organoide neue Erkenntnisse: Magen-Organoide zeigten, dass Helicobacter pylori gezielt Grübchenzellen der Magenschleimhaut ansteuert; diese Zellen könnten dem Bakterium als bevorzugte Andockstelle dienen. Künftig sollen die Modelle bei der Untersuchung von Medikamentenstoffwechsel helfen und natürliche Mikrobiota im Darm-Organoid nachbilden können. Schon jetzt unterstützen sie dabei, Infektionsmechanismen besser zu verstehen und Anwendungen in personalisierter Medizin sowie Medikamententests zu ermöglichen.

Bildquelle: Midjourney