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Isotopenforschung und Medizin: Erstmals Alter von Nervenzellen im menschlichen Riechkolben bestimmt

25.05.2012
Der Riechkolben (bulbus olfactorius) ist die zentrale Schaltstelle für olfaktorische Reize und das Ziel von neugebildeten Nervenzellen in den meisten Säugetieren.

Isotopenforscher Jakob Liebl fand im Rahmen seiner Dissertation an der Universität Wien mit Hilfe des Kohlenstoffisotops C-14 heraus, dass diese Zellen im Gegensatz zu anderen Säugetieren beim Menschen bereits bei der Geburt vollständig vorhanden sind.


Abbildung: Identifizierung von Nervenzellen im Bulbus olfactorius des Menschen. Einzelne Zellen werden mit Hilfe von spezifischen Fluoreszenzfarbstoffen markiert. Sämtliche Zellkerne sind in der Abbildung blau eingefärbt. Diese Art der Kennzeichnung erlaubt es, innerhalb weniger Stunden einige Millionen Zellkerne verschiedener Arten einzeln in speziellen Sortiermaschinen zu trennen (Fluorescence-activated cell sorting). Im Anschluss daran kann das Alter einzelner Zellpopulationen durch C-14-Analyse deren DNA bestimmt werden. Jakob Liebl

Die Forschungsergebnisse, die in Zusammenarbeit mit dem Karolinska Institut in Stockholm entstanden, erschienen aktuell in der renommierten Fachzeitschrift Neuron.

Bis heute war unklar, in welchem Ausmaß eine, für wesentliche Aspekte unseres Geruchssinns wichtige, Neubildung von Nervenzellen auch im erwachsenen Menschen stattfindet. Anosmie, der Verlust des Geruchssinns, ist eine häufig auftretende und frühe Begleiterscheinung von neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer oder Parkinson. Es wird vermutet, dass dies in Zusammenhang mit einer reduzierten Neubildung von Nervenzellen im erwachsenen Riechkolben steht.

Interdisziplinäre Kooperation Schweden – Österreich
In Kooperation mit MedizinerInnen und MikrobiologInnen am Karolinska Institut in Schweden entdeckte der Physiker Jakob Liebl, dass die Neubildung von Nervenzellen im Riechkolben beim Menschen vollständig bis zur oder kurz nach der Geburt abgeschlossen ist. Eine Erneuerung, falls eine solche überhaupt stattfindet, betrifft innerhalb von 100 Jahren weniger als ein Prozent der Nervenzellen. Für die Gesamtheit aller anderen Zellen im Riechkolben des Menschen konnte Liebl eine verschwindend kleine Erneuerungsrate von rund 2 bis 3,4 Prozent pro Jahr feststellen.

Das Alter menschlicher Zellen kann durch Messung der extrem niedrigen Konzentration des radioaktiven Kohlenstoffisotops C-14 in deren DNA untersucht werden. C-14 hat eine Halbwertszeit von circa 5.700 Jahren und wird auf natürliche Weise durch kosmische Strahlung in der äußeren Atmosphäre der Erde erzeugt.

Besondere Herausforderung: Aufspüren von C-14 in der DNA
Im menschlichen Riechkolben sind einige Millionen Nervenzellen angesiedelt. Diese können mittels Fluoreszenzfarbstoffen markiert und von anderen Zellen getrennt werden. Durch Messung des C-14-Gehalts in der DNA dieser Zellen kann deren Alter bestimmt werden. Da in der Natur nur sehr wenig C-14 vorhanden ist, ist die Bestimmung des C-14-Gehalts in sehr kleinen Proben eine besondere Herausforderung. Durchschnittlich befindet sich in der DNA von zehn Zellen nur ein einziges C-14-Atom.

VERA macht es möglich

Bei einer C-14 Messung mittels Beschleuniger-Massenspektrometrie (AMS) werden an der Universität Wien am Vienna Environmental Research Accelerator (VERA) einzelne C-14 Atome gezählt. Die bei VERA entwickelte Methodik erlaubt es, den C-14 Gehalt in Mikrogramm-Proben zu untersuchen. Dies war eine wesentliche Voraussetzung, um eine kleine Hirnregion, wie das Riechzentrum im Menschen, erfolgreich untersuchen zu können. Die Entwicklungen dazu führte Jakob Liebl im Rahmen seiner Dissertation unter Anleitung von Walter Kutschera, emeritierter Universitätsprofessor für Isotopenforschung, und Assistenzprofessor Peter Steier durch.

Zur Person: Jakob Liebl
Jakob Liebl, "Sub-Auspiciis"-Promovend der Universität Wien 2012, studierte er an der TU Wien Technische Physik. Anschließend inskribierte er ein Doktoratsstudium im Bereich Isotopenforschung an der Fakultät für Physik der Universität Wien und forschte am Vienna Environmental Research Accelerator (VERA) an der Datierung menschlicher DNA durch Radiokohlenstoff von Kernwaffentests. Er absolvierte Forschungsaufenthalte am Karolinska Institut Stockholm und an der ETH Zürich. Derzeit forscht Liebl im Rahmen eines Kooperationsvertrages zwischen MedAustron (ein sich in Aufbau befindliches Zentrum für Ionentherapie und Forschung) und der Medizinischen Universität Graz an der dortigen Universitätsklinik für Strahlentherapie-Radioonkologie.

Publikation in "Neuron"
The age of olfactory bulb neurons in humans: Olaf Bergmann, Jakob Liebl, Samuel Bernard, Kanar Alkass, Maggie S.Y. Yeung, Peter Steier, Walter Kutschera, Lars Johnson, Mikael Landén, Henrik Druid, Kirsty L. Spalding and Jonas Frisén. Neuron (2012).
DOI: 10.1016/j.neuron.2012.03.030

Wissenschaftlicher Kontakt
Dr. Jakob Liebl
Universität Wien
Fakultät für Physik – Isotopenforschung
M +43-699-10 555 102
jakob.liebl@univie.ac.at
Rückfragehinweis
Mag. Alexandra Frey
Öffentlichkeitsarbeit
Universität Wien
T +43-1-4277-175 33
M +43-664-602 77-175 33
alexandra.frey@univie.ac.at

Alexandra Frey | Universität Wien
Weitere Informationen:
http://medienportal.univie.ac.at/

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