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Bestimmte Zellen im Rückenmark kontrollieren Schmerz und Juckreiz

19.03.2015

Schmerzsignale werden über das Rückenmark ins Gehirn geleitet und dort verarbeitet – allerdings kommen nicht alle Impulse an: Gewisse Nervenzellen agieren als Kontrollstellen und entscheiden darüber, ob ein Reiz weitergeleitet wird oder nicht. Forschende der UZH haben die hemmenden Zellen identifiziert, lokalisiert und den Übertragungsmechanismus beschrieben. Und: Mit einer gezielten Aktivierung lassen sich Schmerzen vermindern – und erstaunlicherweise auch Juckreiz lindern.

Schmerzen empfinden ist äusserst unangenehm, manchmal schwer erträglich – und Schmerzen können sogar chronisch werden, etwa 20 Prozent unserer Bevölkerung leiden unter chronischen Schmerzen. Diese werden je nach Situation ganz unterschiedlich empfunden und die zugrundeliegenden Mechanismen der Schmerzverarbeitung wurden bislang nicht vollständig verstanden.

Vor 50 Jahren haben der Neurobiologe Patrick Wall und der Psychologe Ronald Melzack die sogenannte «Gate-Control-Theory» des Schmerzes formuliert. Die beiden Forscher haben postuliert, dass hemmende Nervenzellen im Rückenmark darüber entscheiden, ob ein aus der Peripherie, zum Beispiel vom Fuss kommender Schmerzimpuls ins Gehirn weiter geleitet wird oder nicht.

Welche hemmenden Nervenzellen im Rückenmark für diese Kontrollfunktion verantwortlich sind, konnte jetzt das Team von Hanns Ulrich Zeilhofer vom Institut für Pharmakologie und Toxikologie der Universität Zürich zeigen: Die Kontroll-Zellen liegen im tiefen Hinterhorn des Rückenmarks und verwenden als hemmenden Überträgerstoff die Aminosäure Glycin, wie die im Wissenschaftsjournal «Neuron» erschienene Studie zeigt.

Schmerzempfindlichkeit lässt sich verändern

Mit Hilfe von genetisch veränderten Viren gelang es der Forschungsgruppe der UZH im Tiermodell, diese Nervenzellen gezielt zu lähmen. Sie fand heraus, dass die Lähmung dieser Glycin freisetzenden Nervenzellen zu einer gesteigerten Schmerzempfindlichkeit und zu Zeichen von spontanen Schmerzen führte.

Hanns Ulrich Zeilhofers Team entwickelte überdies Viren, die es erlauben, diese Schmerz-Kontroll-Zellen gezielt pharmakologisch zu aktivieren. So behandelte Mäuse waren gegenüber schmerzhaften Reizen weniger empfindlich als unbehandelte. Auch chronische Schmerzen vermochte die Aktivierung dieser Nervenzellen zu vermindern. Und das überraschende Zusatz-Ergebnis: «Die Nervenzellen kontrollieren offenbar nicht nur Schmerzen, sondern auch verschiedene Formen des Juckreiz’», so Zeilhofer.


Der Zusammenhang von Hautnerven und Schmerz

Ein wichtiger Aspekt der «Gate-Control-Theory» ist, dass die Aktivität der Schmerz kontrollierenden Nervenzellen durch verschiedene Einflüsse moduliert werden kann. Durch Erfahrung aus dem Alltag wissen wir zum Beispiel, dass sanftes Reiben oder Halten einer verletzten Extremität Schmerzen in diesem Bereich lindern können.

Gemäss Theorie sollte demnach eine nicht schmerzhafte Berührung der Haut die hemmenden Nervenzellen aktivieren. Tatsächlich konnten die UZH-Forschenden bei der Überprüfung dieser Hypothese bestätigen, dass die hemmenden, Glycin ausschüttenden Nervenzellen von solchen berührungsempfindlichen Hautnerven innerviert werden.

Zudem konnten die Pharmakologen zeigen, dass auch Nervenzellen in den oberflächlichen Schichten des Rückenmarks, wo die Fortleitung der Schmerzsignale erfolgt, vorwiegend durch Glycin-Signale gehemmt werden. «Unsere drei Befunde können erstmals die Nervenzellen und Verschaltungen, die der ‹Gate-Control Theory› zugrunde liegen, beschreiben», fasst Hanns Ulrich Zeilhofer zusammen.

Gezielte Therapie beim Menschen noch nicht möglich

Können diese Erkenntnisse nun für die Therapie von Schmerzen genutzt werden? «Die gezielte Erregung oder Hemmung von bestimmten Typen von Nervenzellen beim Menschen liegt noch in der Ferne und wird vielleicht erst in einigen Jahrzehnten möglich sein», sagt Zeilhofer. Ein anderer Weg könne womöglich schon eher ans Ziel führen – nämlich der über die Rezeptoren, die von den hemmenden Nervenzellen aktiviert werden:

«Diese Rezeptoren liegen auf den Nervenzellen, die die Schmerzsignale ins Gehirn weiterleiten, so dass deren gezielte pharmakologische Aktivierung den Schmerz ebenfalls blockieren kann», so Hanns Ulrich Zeilhofer. Auch auf diesem Gebiet habe seine Gruppe schon erste vielversprechende Resultate erzielt.


Literatur:

Edmund Foster, Hendrik Wildner, Laetitia Tudeau, Sabine Haueter, William T. Ralvenius, Monika Jegen, Helge Johannssen, Ladina Hösli, Karen Haenraets, Alexander Ghanem, Karl Klaus Conzelmann, Michael Bösl, Hanns Ulrich Zeilhofer (2015) Targeted ablation, silencing and activation establish glycinergic dorsal horn neurons as key components of a spinal gate for pain and itch. Neuron, in press. http://dx.doi.org/10.1016/j.neuron.2015.02.028

Kontakt:

Hanns Ulrich Zeilhofer

Institut für Pharmakologie und Toxikologie

Universität Zürich und ETH Zürich

Tel. +41 44 63 55912

E-Mail: zeilhofer@pharma.uzh.ch

Weitere Informationen:

http://www.mediadesk.uzh.ch

Nathalie Huber | Universität Zürich

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