Stammzellchip macht Hirnschäden sichtbar

In dem neu entwickelten Verfahren werden Nervenzellpopulationen, die aus embryonalen Stammzellen der Maus unter Laborbedingungen entwickelt wurden, auf Elektrodenfeldern gezüchtet. Diese bioelektronischen "Zwitter" oder Neurochips erlauben es, die elektrische Aktivität miteinander vernetzter Nervenzellen zu erfassen und computergestützt zu analysieren. Die Nervenzellpopulationen aus embryonalen Stammzellen der Maus zeigten schon nach wenigen Wochen die für neuronale Netzwerke typische, über die gesamte Population hinweg synchrone Aktivität. Dies ist Ausdruck der Kommunikation mehrerer Tausend Nervenzellen auf dem einzelnen Chip. Die Wissenschaftler erzeugten damit erstmals grundlegende Eigenschaften von Gehirnaktivität in einem aus unreifen embryonalen Stammzellen entwickelten Zellkultursystem.

Die Wissenschaftler konnten zeigen, dass die In-vitro-Technologie für Nervenzellen schädliche oder giftige Substanzen oder solche, die stoffwechselbedingte Störungen der Gehirnfunktion verursachen, charakterisieren kann und so neue therapeutische Ansätze aufzeigt. Die Übertragung dieser Technologie vom Mausmodell auf humane Stammzellen soll die Präzision der Ergebnisse künftig weiter erhöhen.

Die Leistungsfähigkeit der Methode wurde demonstriert, indem bislang völlig unbekannte funktionelle Auswirkungen von Nervenwasser auf neuronale Netzwerke charakterisiert werden konnten. Nervenwasser umgibt das Gehirn wie eine Schutzhülle. Es ist auch in den inneren Gehirnkammern sowie im Rückenmarkkanal zu finden und wird routinemäßig mittels einer so genannten Lumbalpunktion zur Diagnostik neurologischer Erkrankungen entnommen. Nervenwasser, das von schwer betroffenen Schädel-Hirn-Trauma-Patienten stammte, unterdrückte im Gegensatz zu Proben von gesunden Kontroll-Patienten, die typischen Aktivitätsmuster der eingesetzten Nervenzellen erheblich.

An dieser funktionellen Hemmung beteiligt sind Aminosäuren wie Glycin, Alanin, Serin oder Glutaminsäure, deren Konzentrationen im Nervenwasser nach einem Schädel-Hirn-Trauma erhöht sind. Die klinisch-neurologische Bedeutung dieser Ergebnisse wird untermauert durch die Tatsache, dass das Ausmaß der Aktivitätshemmung der Nervenzellen durch die Nervenwasserproben von Schädel-Hirn-Trauma Patienten grob den unterschiedlichen Graden von Bewusstseinsstörungen dieser Patienten entspricht. Die negativen Auswirkungen des veränderten Nervenwassers auf die Neurochip-Aktivität liefern somit einen neuen Erklärungsansatz für Bewusstseinstrübungen und kognitive Defizite nach einem durchlaufenen Schädel-Hirn-Trauma.

Quelle: Annals Neurol. 2009; 66: 546