Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Nervenzellen modulieren Wachstum von Blutgefäßen

10.01.2017

Ein Wissenschaftlerteam des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) rüttelt an einem Dogma der Zellbiologie. Mit detaillierten Versuchsreihen wiesen sie nach, wie Nervenzellen das Wachstum von Blutgefäßen modulieren – und nicht, wie bisher angenommen, über einen Kontrollmechanismus der Gefäßzellen untereinander. Die Ergebnisse sind wegweisend für die Erforschung und Behandlung von Gefäß- und Tumorerkrankungen als auch für neurodegenerative Erkrankungen. Die Studie der Wissenschaftler erscheint nun in der renommierten Fachzeitschrift Nature Communications.

„Unsere Ergebnisse sind einerseits reine Grundlagenforschung“, sagt Professor Ferdinand le Noble vom Zoologischen Institut des KIT, „jedoch eröffnen sie eine völlig neue Sicht darauf, wie Blutgefäße wachsen, sich verästeln oder in ihrem Wachstum gehemmt werden.“


Hochgradig verzweigtes Netz aus Blutgefäßen (weiß) um das Rückenmark eines Zebrafischembryos (rot umrandet).

Bild: le Noble / KIT

Seit Jahrzehnten suchen Forscher nach Möglichkeiten, die Bildung neuer Blutgefäße gezielt zu fördern oder zu hemmen. Herzinfarkt- und Schlaganfallpatienten würden von neuen Versorgungsbahnen profitieren. Bei Krebspatienten hungert ein Stopp der einwachsenden Blutgefäße Tumore aus.

Schlüsselfiguren in dem nun entdeckten und extrem fein abgestimmten Verlauf sind Signalmoleküle wie sFlt1 – die Wachstumsbremse – und VEGF – der Wachstumsfaktor. Ausgeschrieben steht die Abkürzung sFlt1 für „soluble FMS-like Tyrosine kinase-1“ und VEGF für „Vascular Endothelial Growth Factor“.

Wie genau der Körper VEGF reguliert war bisher unbekannt. Trotzdem wird bereits seit Jahren die Hemmung des Wachstumsfaktors VEGF bei der Behandlung von Krebspatienten und bestimmten Augenerkrankungen therapeutisch eingesetzt. Allerdings ist die Therapie nur bei einem Teil der Patienten erfolgreich und zeigt eine Reihe unerwünschter Nebenwirkungen.

„Bis dato ging die Forschung davon aus, dass Blutgefäße über eine gewisse Selbstregulierung ihres eigenen Wachstums verfügen“, erklärt le Noble. „Bei Sauerstoffmangel schüttet Gewebe unter anderem den Wachstumsfaktor VEGF aus und lockt somit Blutgefäße an, die auf ihrer Oberfläche Rezeptoren für VEGF besitzen“, führt er aus. „Wir wollten wissen, wie dieses Gefäßwachstum ganz zu Beginn der Entwicklung eines Lebewesens reguliert ist.“

Dazu verfolgte das Team um le Noble das kontinuierliche Wachstum von Nerven- und Blutbahnen im Modellorganismus Zebrafisch. Die Eier des Zebrafischs sind transparent und entwickeln sich außerhalb des Körpers der Mutter: So können Forscher im Embryo oder der ebenfalls durchsichtigen Larve die Entwicklung von Organen oder gar einzelnen Zellen beobachten, ohne das heranwachsende Tier zu schädigen.

Mit Hilfe von Fluoreszenzfarbstoffen dokumentierte Doktorand Raphael Wild zunächst, wie Nervenstammzellen zuerst den Wirbelkanal von Zebrafisch-Embryos besiedeln und anschließend Blutgefäße einsprossen. Das Team startete eine biochemische und genetische Feinanalyse, um den genauen Prozess zu verstehen.

Die Wissenschaftler wiesen nach, dass die Nervenzellen des Rückenmarks in unterschiedlichen Entwicklungsstadien mehr oder weniger sFlt1 und VEGF produzieren. Die Zellen modulieren damit die Entwicklung von Blutgefäßen. In der frühen Entwicklungsphase bremst neuronales sFlt1 das Gefäßwachstum, indem es den Wachstumsfaktor VEGF bindet und inaktiviert.

Dadurch wird eine sauerstoffarme Umgebung im Rückenmark geschaffen, welche für die frühe Entwicklung der neuronalen Stammzellen wichtig ist. Bei fortschreitender Ausdifferenzierung der Nervenzellen nimmt die Konzentration des löslichen sFlt1 kontinuierlich ab. Damit wird die Wachstumsbremse für die Blutgefäße gelockert, weil nun mehr aktives VEGF zur Verfügung steht. In der Folge sprießen Blutgefäße in das junge Rückenmark ein, um es mit Sauerstoff und Nährstoffen zu versorgen.

Wild und seine Kollegin Alina Klems zeigen zudem, dass die Konzentration des Wachstumsfaktors ausschlaggebend für die Dichte des sich entwickelnden Blutgefäßgeflechts ist. Schalteten sie die „Bremse“ sFlt1 in Nervenzellen komplett aus, bildete sich ein dichtes Blutgefäßnetz, das sogar in den Wirbelkanal hinein wucherte. Erhöhten sie sFlt1 wurde das Wachstum von Blutgefäßen unterdrückt. Schon kleine Konzentrationsschwankungen der Substanz führten somit zu schwerwiegenden Entwicklungsstörungen von Blutgefäßen.

Da Zellen von Blutgefäßen ebenfalls über eigene Formen von sFlt1 und VEGF verfügen, stellte sich die Frage, ob nicht auch eine gewisse Eigenregulierung des Blutgefäßwachstums stattfindet. Hierzu nutzen die Forscher die noch junge und überaus elegante CRISPR/Cas-Methode: Wurde sFlt1 nur in Gefäßzellen ausgeschaltet, zeigte sich kein Effekt. Schalteten sie hingegen die Produktion von sFlt1 ausschließlich in Nervenzellen ab, so war das Ergebnis ein intensives Wachstum von Blutgefäßen.

„Wir schließen aus den Ergebnissen, dass Nervenzellen durch eine feine Modulation von sFlt1 und VEGF das Ausmaß ihres Blutgefäßnetzwerks je nach Bedarf oder Entwicklungsstadium sehr dynamisch selbst bestimmen“, folgert le Noble. „Die bisherige Annahme, dass sprossende Blutgefäßzellen die nachstehenden Gefäßzellen kontrollieren – dieses Dogma der Zellbiologie kippt.“

Original-Publikation:

Neuronal sFlt1 and Vegfaa determine venous sprouting and spinal 1 cord vascularization. Raphael Wild, Alina Klems, Masanari Takamiya, Yuya Hayashi, Uwe Strähle, Koji Ando, Naoki Mochizuki, Andreas van Impel, Stefan Schulte-Merker, Janna Krueger, Laetitia Preau, Ferdinand le Noble. Nature Communications, Vol. XY, Pages XYZY, (2016).

Weiterer Kontakt:
Kosta Schinarakis, Themenscout, Tel.: +49 721 608 41956, Fax: +49 721 608 43658, E-Mail: schinarakis@kit.edu

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) verbindet seine drei Kernaufgaben Forschung, Lehre und Innovation zu einer Mission. Mit rund 9 300 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern sowie 25 000 Studierenden ist das KIT eine der großen natur- und ingenieurwissenschaftlichen Forschungs- und Lehreinrichtungen Europas.

KIT – Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft

Das KIT ist seit 2010 als familiengerechte Hochschule zertifiziert.

Diese Presseinformation ist im Internet abrufbar unter: www.kit.edu

Monika Landgraf | Karlsruher Institut für Technologie

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Anomale Kristalle: ein Schlüssel zu atomaren Strukturen von Schmelzen im Erdinneren
16.11.2018 | Universität Bayreuth

nachricht Günstiger Katalysator für das CO2-Recycling
16.11.2018 | Ruhr-Universität Bochum

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Rasende Elektronen unter Kontrolle

Die Elektronik zukünftig über Lichtwellen kontrollieren statt Spannungssignalen: Das ist das Ziel von Physikern weltweit. Der Vorteil: Elektromagnetische Wellen des Licht schwingen mit Petahertz-Frequenz. Damit könnten zukünftige Computer eine Million Mal schneller sein als die heutige Generation. Wissenschaftler der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) sind diesem Ziel nun einen Schritt nähergekommen: Ihnen ist es gelungen, Elektronen in Graphen mit ultrakurzen Laserpulsen präzise zu steuern.

Eine Stromregelung in der Elektronik, die millionenfach schneller ist als heutzutage: Davon träumen viele. Schließlich ist die Stromregelung eine der...

Im Focus: UNH scientists help provide first-ever views of elusive energy explosion

Researchers at the University of New Hampshire have captured a difficult-to-view singular event involving "magnetic reconnection"--the process by which sparse particles and energy around Earth collide producing a quick but mighty explosion--in the Earth's magnetotail, the magnetic environment that trails behind the planet.

Magnetic reconnection has remained a bit of a mystery to scientists. They know it exists and have documented the effects that the energy explosions can...

Im Focus: Eine kalte Supererde in unserer Nachbarschaft

Der sechs Lichtjahre entfernte Barnards Stern beherbergt einen Exoplaneten

Einer internationalen Gruppe von Astronomen unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Astronomie in Heidelberg ist es gelungen, beim nur sechs Lichtjahre...

Im Focus: Mit Gold Krankheiten aufspüren

Röntgenfluoreszenz könnte neue Diagnosemöglichkeiten in der Medizin eröffnen

Ein Präzisions-Röntgenverfahren soll Krebs früher erkennen sowie die Entwicklung und Kontrolle von Medikamenten verbessern können. Wie ein Forschungsteam unter...

Im Focus: Ein Chip mit echten Blutgefäßen

An der TU Wien wurden Bio-Chips entwickelt, in denen man Gewebe herstellen und untersuchen kann. Die Stoffzufuhr lässt sich dabei sehr präzise dosieren.

Menschliche Zellen in der Petrischale zu vermehren, ist heute keine große Herausforderung mehr. Künstliches Gewebe herzustellen, durchzogen von feinen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Kalikokrebse: Erste Fachtagung zu hochinvasiver Tierart

16.11.2018 | Veranstaltungen

Können Roboter im Alter Spaß machen?

14.11.2018 | Veranstaltungen

Tagung informiert über künstliche Intelligenz

13.11.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Mikroplastik in Kosmetik

16.11.2018 | Studien Analysen

Neue Materialien – Wie Polymerpelze selbstorganisiert wachsen

16.11.2018 | Materialwissenschaften

Anomale Kristalle: ein Schlüssel zu atomaren Strukturen von Schmelzen im Erdinneren

16.11.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics