Wie unser Gehirn entsteht

Ein Forscherteam der Universität Leipzig hat sich dieser Frage angenommen und sogenannte „neuronale Wachstumskegel“ näher untersucht, die dabei eine besondere Rolle spielen. Veröffentlicht haben Thomas Fuhs, Lydia Reuter und Iris Vonderhaid aus der Arbeitsgruppe von Professor Josef A. Käs, tätig in der Abteilung Physik weicher Materie an der Fakultät für Physik und Geowissenschaften, sowie Professor Dr. Thomas Claudepierre, Klinik und Poliklinik für Augenheilkunde am Universitätsklinikum Leipzig, ihre Ergebnisse jetzt in einem Artikel in der renommierten Fachzeitschrift „Cytoskeleton“. Er ist seit wenigen Tagen online und wird in Kürze auch im Heft erscheinen.

Das Säugetiergehirn beginnt seine Entwicklung nicht als vernetztes Gebilde. Die einzelnen Nervenzellen vernetzen sich erst im Laufe der Zeit. Hierzu senden die Nervenzellen Neurite aus. Wenn sich zwei Neurite treffen, können sie eine Synapse bilden und so eine Verbindung zwischen den beiden Nervenzellen herstellen. An der Spitze jedes wachsenden Neurits befindet sich ein „Wachstumskegel“.

Die Forschergruppe um Thomas Fuhs hat besonders die Frage interessiert, wie stark so ein Wachstumskegel ist. Welche Hindernisse kann er aus dem Weg schieben, und wann scheitert er? Dazu haben sie den Wachstumskegeln „Hindernisse“ in den Weg gesetzt, die mit der Tastfeder eines Rasterkraftmikroskops verbunden sind. Wenn der Wachstumskegel weiter wächst, drückt er gegen das Hindernis – und diese Kraft lässt sich mit dem Rasterkraftmikroskop aufzeichnen. Um gegen ein Hindernis drücken zu können, muss sich der Wachstumskegel am Substrat festhalten und steif genug sein, um nicht zwischen Hindernis und Substrat zerquetscht zu werden.

Die Ergebnisse zeigen, dass Wachstumskegel des zentralen Nervensystems im Vergleich zu anderen Zellen geringere Kräfte erzeugen. Darüber hinaus sind sie deutlich weicher als die meisten anderen Zellen, wie etwa Fibroblasten oder Endothelzellen. Wieso haben aber grade diese Zellen, die für die Steuerung des ganzen Organismus verantwortlich sind, so schlechte Karten wenn es darum geht, ihr Ziel zu erreichen? Es könnte zu ihrem eigenen Schutz sein. Denn ihre normale Umgebung im Gehirn besteht aus ebenfalls sehr weichen Gliazellen. In dieser weichen Umgebung sind die erzeugten Kräfte dann wieder ausreichend. Zum anderen ist das Gehirn von Blutgefäßen durchzogen, in diese sollten sich die Neuriten nicht verirren.

Die Wände von Blutgefäßen im Hirn sind über eine Größenordnung steifer als Wachstumskegel, und damit für diesen quasi undurchdringlich. Nachteilig kann sich die Schwäche der Wachstumkegel allerdings auswirken, wenn sich geschädigtes Gewebe in Folge einer Verletzung verhärtet.

Dieser Aspekt hat in der bisherigen Forschung zur Neuroregeneration praktisch keine Rolle gespielt. Nun hofft die Forschergruppe, mit ihrer Arbeit ein weiteres Puzzleteil bei der Antwort auf die Frage, wie unser Gehirn entsteht, hinzufügen zu können. Und vielleicht hilft das beim Verständnis, warum sich das zentrale Nervensystem nach Verletzungen nicht regeneriert.

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Josef A. Käs
Telefon: +49 341 97-32470
E-Mail: jkaes@physik.uni-leipzig.de
www.uni-leipzig.de/~pwm
Thomas Fuhs
Physik weicher Materie
Telefon: +49 341 97-32486
E-Mail: TFuhs@physik.uni-leipzig.de
www.uni-leipzig.de/~pwm