Die Erkenntnisse könnten dabei helfen, Wege zur Heilung von Rückenmarksverletzungen zu finden

Zebrafische gehören zu einer ausgewählten Gruppe von Wirbeltieren, die in der Lage sind, ein durchtrenntes Rückenmark vollständig zu heilen. Ein klares Verständnis darüber, wie diese Regeneration abläuft, könnte Hinweise auf Strategien zur Heilung von Rückenmarksverletzungen beim Menschen liefern. Solche Verletzungen können verheerende Folgen haben und zu einem dauerhaften Gefühls- und Bewegungsverlust führen.

Eine neue Studie der Washington University School of Medicine in St. Louis liefert einen detaillierten Atlas aller Zellen, die an der Regeneration des Rückenmarks von Zebrafischen beteiligt sind – und wie sie zusammenarbeiten.

Die Forscher machten eine unerwartete Entdeckung: Das Überleben und die Anpassungsfähigkeit abgetrennter Neuronen sind für eine vollständige Regeneration des Rückenmarks notwendig. Überraschenderweise zeigte die Studie, dass Stammzellen, die in der Lage sind, neue Neuronen zu bilden und allgemein als wesentlich für die Regeneration angesehen werden, eine ergänzende Rolle spielen, den Prozess jedoch nicht steuern.

Die Studie wird am 15. August in der Zeitschrift veröffentlicht Naturkommunikation.

Im Gegensatz zu Rückenmarksverletzungen bei Menschen und anderen Säugetieren, bei denen beschädigte Neuronen systematisch absterben, verändern beschädigte Neuronen im Zebrafisch als Reaktion auf eine Verletzung ihre Zellfunktionen dramatisch, um zunächst zu überleben und dann neue zentrale Rollen bei der Orchestrierung der genauen Ereignisse zu übernehmen, die die Heilung steuern. haben die Forscher herausgefunden. Wissenschaftler wussten, dass Zebrafischneuronen Rückenmarksverletzungen überleben, und diese neue Studie zeigt, wie sie das schaffen.

„Wir haben herausgefunden, dass die meisten, wenn nicht alle Aspekte der neuronalen Reparatur, die wir beim Menschen erreichen wollen, auf natürliche Weise im Zebrafisch vorkommen“, sagte Hauptautorin Mayssa Mokalled, Ph.D., außerordentliche Professorin für Entwicklungsbiologie.

„Die überraschende Beobachtung, die wir gemacht haben, ist, dass es starke neuronale Schutz- und Reparaturmechanismen gibt, die unmittelbar nach einer Verletzung ablaufen. Wir glauben, dass diese Schutzmechanismen es den Neuronen ermöglichen, die Verletzung zu überleben und dann eine Art spontane Plastizität – oder Flexibilität in ihren Funktionen – anzunehmen, die den Fischen Zeit gibt, neue Neuronen zu regenerieren, um eine vollständige Genesung zu erreichen.

„Unsere Studie identifizierte genetische Ziele, die uns helfen werden, diese Art von Plastizität in den Zellen von Menschen und anderen Säugetieren zu fördern. »

Durch die Kartierung der evolutionären Rollen verschiedener an der Regeneration beteiligter Zelltypen entdeckten Mokalled und Kollegen, dass die Flexibilität überlebender verletzter Neuronen und ihre Fähigkeit, sich unmittelbar nach der Verletzung neu zu programmieren, die für die Zellregeneration notwendige Kette von Ereignissen steuert.

Wenn diese verletzungsüberlebenden Neuronen deaktiviert werden, können Zebrafische ihre normale Schwimmfähigkeit nicht wiedererlangen, selbst wenn regenerative Stammzellen vorhanden bleiben.

Wenn die lange Verdrahtung des Rückenmarks bei Menschen und anderen Säugetieren gequetscht oder durchtrennt wird, löst dies eine Kette toxischer Ereignisse aus, die Neuronen abtöten und die Umgebung des Rückenmarks für Reparaturmechanismen feindlich machen.

Diese neuronale Toxizität könnte teilweise das Scheitern von Versuchen erklären, Stammzellen zur Behandlung von Rückenmarksverletzungen beim Menschen zu verwenden. Anstatt sich auf die Regeneration mithilfe von Stammzellen zu konzentrieren, legt die neue Studie nahe, dass jede wirksame Methode zur Heilung von Rückenmarksverletzungen beim Menschen damit beginnen muss, verletzte Neuronen vor dem Tod zu bewahren.

„Neuronen allein, ohne Verbindungen zu anderen Zellen, überleben nicht“, sagte Mokalled.

„Bei Zebrafischen glauben wir, dass durchtrennte Neuronen den Stress einer Verletzung überwinden können, weil ihre Flexibilität ihnen hilft, unmittelbar nach der Verletzung neue lokale Verbindungen aufzubauen. Unsere Forschung legt nahe, dass es sich hierbei um einen vorübergehenden Mechanismus handelt, der Zeit verschafft, Neuronen vor dem Absterben schützt und es dem System ermöglicht, neuronale Schaltkreise zu erhalten und gleichzeitig das Hauptrückenmark aufzubauen und zu regenerieren. »

Es gibt Hinweise darauf, dass diese Fähigkeit in Säugetierneuronen zwar vorhanden, aber inaktiv ist, was ein Weg zu neuen Therapien sein könnte, sagen Forscher.

„Wir hoffen, dass die Identifizierung der Gene, die diesen Schutzprozess im Zebrafisch steuern – Versionen davon sind auch im menschlichen Genom vorhanden – uns dabei helfen wird, Wege zu finden, Neuronen in Menschen vor den Wellen des Zelltods zu schützen, die wir als Folge von Wirbelsäulenerkrankungen beobachten.“ Nabelschnurverletzungen“, sagte sie.

Obwohl sich diese Studie auf Neuronen konzentrierte, sagte Mokalled, dass die Regeneration des Rückenmarks äußerst komplex sei und die zukünftige Arbeit seines Teams sich mit einem neuen Zellatlas befassen werde, um die Beiträge anderer Zelltypen zur Regeneration des Rückenmarks zu verstehen, einschließlich nicht-neuronaler Zellen, sogenannter Gliazellen , im Zentralnervensystem sowie in Zellen des Immunsystems und des Gefäßsystems.

Sie führen auch Studien durch, in denen die bei Zebrafischen erzielten Ergebnisse mit den Vorgängen in Säugetierzellen, insbesondere im Nervengewebe von Mäusen und Menschen, verglichen werden.