Schweinehirne künstlich „am Leben“ gehalten

Ganz schön gruselig wirkt auf den ersten Blick eine Reihe von Experimenten, über die der Neuroforscher Professor Nenad Sestan von der Yale School of Medicine und seine Kollegen in der Fachzeitschrift Nature berichten: Von Dutzenden abgetrennten Schweineköpfen ist da die Rede, die noch vor Ort in der Schlachterei präpariert und später im Labor an eine hochkomplizierte Maschine („BrainEx“) angeschlossen wurden. Zweck der Übung war es, die Gehirne der Tiere möglichst lange funktionsfähig zu halten – und dies ist den Forschern auf spektakuläre Weise gelungen.

Jeweils etwa vier Stunden vergingen vom Zeitpunkt der Schlachtung bis ein Team von Neurochirurgen die Gehirne über die Karotisarterien an BrainEx angeschlossen hatte. Diese Maschine, bestehend aus mehreren Pumpen und Sensoren, einem Filtersystem für Blutschadstoffe, einem Pulsgenerator und einer Temperatursteuerung, übernahm dann für bis zu sechs Stunden die Aufgabe des nicht mehr existenten Schweinekörpers. An dessen Stelle durchspülte die Maschine das Schweinehirn mit einer speziellen Nährflüssigkeit, die ebenfalls für diese Versuche entwickelt worden war.

Wohl niemals zuvor ist es gelungen, ein derart großes Gehirn über so lange Zeit so gut zu konservieren: Beispielsweise konnten die Forscher zeigen, dass der Sauerstofftransporter Hämoglobin alle Blutgefäße in den abgetrennten Hirnen erreichte. Die Gefäßwände waren außerdem noch in der Lage, sich zusammenzuziehen. Als man nämlich das Medikament Nimodipin ins System spritzte, erhöhte sich der Blutfluss, so wie es auch bei einem gesunden und intakten Gehirn geschieht. Unter dem Mikroskop waren die typischen Strukturen der Nervenzellen und ihre Bestandteile klar zu erkennen, und im Gegensatz zu nicht präparierten Hirnen gab es keine größeren krankhaften Veränderungen. Sogar die Funktionen einzelner Nervenzellen waren intakt, und der Austausch elektrischer Signale funktionierte noch über viele Stunden hinweg. Höhere Hirnaktivitäten, die als Hinweis auf ein Bewusstsein in den isolierten Hirnen dienen könnten, gab es keine. Allerdings ist auch nicht klar, ob die Forscher überhaupt nach solchen Zeichen gesucht haben.

Kaum verwunderlich ist, dass kritische Geister gleich in zwei begleitenden Artikeln nach dem Sinn und der Moral dieser Experimente fragten. Klar ist aber auch, dass es den Wissenschaftlern nicht darum ging, abgetrennte Köpfe „unsterblich“ zu machen oder gar Tote ins Leben zurück zu holen. Vielmehr erlaubt ihre Methode zunächst einmal Untersuchungen, die mit herkömmlichen Arten der Präparation nicht möglich sind. Neben einem neuen Blick auf das Gehirn könnte die „Hirnmaschine“ zudem langfristig  dabei helfen, neue Therapien gegen die Schäden zu entwickeln, im Gehirn nach längerem Sauerstoffmangel entstehen – etwa nach einem Herzinfarkt oder bei Ertrunkenen.

Verselja Z et al.: Restauration of brain circulation and cellular functions hours post-mortem. Nature. 18. April 2019 (online). doi: 10.1038/s41586-019-1099-1.

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Hirnwellen manipuliert – Gedächtnis verbessert

Nicht zum ersten Mal ist es gelungen, mit der Methode der transkraniellen Hirnstimulation das Gedächtnis älterer Menschen vorübergehend zu verbessern. Die Arbeit, über die Laborleiter Robert M. G. Reinhart von der Boston University und sein Kollege John A. Nguyen in der Fachzeitschrift Nature Neuroscience berichten, ist dennoch etwas Besonderes, denn die beiden Wissenschaftler haben bei ihren Experimenten offenbar gezielter auf das Arbeitsgedächtnis eingewirkt, als ihre Vorgänger.

Dazu analysierten sie zunächst mithilfe der Elektroenzephalographie (EEG) die Wechselwirkungen zweier Arten von Hirnwellen (Gamma- und Thetawellen) bei jeweils 42 älteren und jüngeren Erwachsenen. Vereinfacht gesagt war ein Ergebnis, dass das Arbeitsgedächtnis umso schlechter war, je weniger gut die beiden Arten von Hirnwellen im Schläfen- und Stirnlappen aufeinander abgestimmt waren.

Diese sogenannte Theta-Gamma-Phasen-Amplituden-Kopplung beeinflussten die Forscher, indem sie durch die Schädeldecke gezielt einen schwachen Wechselstrom schickten. Nach Sitzungen von jeweils 25 Minuten Dauer sollten die Versuchsteilnehmer dann einen Gedächtnistest absolvieren. Während ältere Probanden vor diesem Eingriff noch langsamer waren und mehr Fehler machten als ihre jungen Kollegen, erreichten sie nach der Hirnstimulation genau so gute Ergebnisse wie die (nicht stimulierten) Jungen.

Als mögliche Therapie gegen ernsthafte Gedächtnisprobleme oder gar Demenzerkrankungen eignet sich diese Methode allerdings schon deshalb nicht, weil die Wirkung nur etwa 50 Minuten lang anhielt. Den Forschern ging es vielmehr darum zu zeigen, dass der Verlust von spezifischen Verbindungen zwischen Nervenzellen in der Großhirnrinde verantwortlich sein könnte für den altersbedingten Niedergang der geistigen Leistungen. Vielleicht – so hoffen sie – könnte dies dann auch ein Ansatzpunkt für Therapien der Zukunft sein, die ohne Medikamente funktionieren.

Reinhart RMG, Nguyen JA. Working memory revived in older adults by synchronizing rhythmic brain circuits. Nat Neurosci. 2019 Apr 8. doi: 10.1038/s41593-019-0371-x.

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Erfolg gegen die Multiple Sklerose

Zu den vielen erfreulichen Dingen, über die ich in jüngster Zeit für meinen Kunden Univadis berichten durfte, gehört auch eine neue Studie aus Schweden. Sie zeigt, dass Patienten mit der häufigsten Form der Multiplen Sklerose heutzutage länger mobil bleiben, und weniger schnell Behinderungen erleiden, als noch vor 20 Jahren. Finanziert wurde diese Studie nicht von der Pharmaindustrie, sondern vom Schwedischen Forschungsrat (Vetenskapsrådet) und der Schwedischen Hirn-Stiftung (Hjärnfonden).

Im Gegensatz zu Deutschland sind in Schweden die medizinische Daten aller Einwohner zentral erfasst und für die Forschung leicht zugänglich. Dies hat sich ein Team um Omid Beiki vom Karolinska-Institut in Stockholm zunutze gemacht um zu überprüfen, wie schnell die Patienten in Schweden in der Vergangenheit bestimmte Meilensteine der fortschreitenden Krankheit erreicht haben, und ob es dabei im Laufe der Zeit Veränderungen gab.

Eingeschlossen in die Studie wurden 7331 Patienten, die ihre Diagnose zwischen 1995 und 2010 erhalten hatten, und bei denen die Schwere der Behinderungen durch die Krankheit mindestens zwei Mal bestimmt worden war. Als Maßstab diente eine zehnteilige Skala (EDSS), mit Zwischenstationen wie 4 (kann weniger als 500 Meter ohne Hilfe laufen) oder 7 (ist auf den Rollstuhl angewiesen).

Die gute Nachricht: Patienten mit der häufigsten Form der Krankheit (schubförmig-remittierende Multiple Sklerose, RRMS) erleiden heute weniger schnell anhaltende schweren Behinderungen, als noch vor 10 Jahren. Jahr um Jahr verringerte sich beispielsweise das Risiko, mit EDSS 3,0 eingestuft zu werden (das entspricht einer leichten Behinderung, die Patienten sind aber noch voll gehfähig) um drei Prozent. Für das Erreichen eines EDSS von 6,0 (Patient benötigt Krücken, um mehr als 100 Meter ohne Rast zu gehen) nahm das Risiko sogar um sieben Prozent pro Jahr ab. Dies bedeutet auch, dass beispielsweise von jenen Patienten, die vor 25 Jahren erkrankten, nach 15 Jahren ein höherer Anteil auf den Rollstuhl angewiesen war, als unter den Patienten, die vor 15 Jahren erkrankten.

Die wahrscheinlichste Erklärung für diesen Fortschritt dürfte die Einführung einer Reihe neuer Medikamente gegen die Multiple Sklerose sein, die stärker wirksam sind als die bereits seit 1993 verfügbaren Beta-Interferone. Unterstützt wird diese Vermutung durch einen Vergleich mit der selteneren primär-progredienten Form der Multiplen Sklerose. Hier gibt es noch keine ähnlich wirksamen Medikamente wie für die RRMS, und in der aktuellen Studie waren auch keine Fortschritte bei der Verzögerung des Krankheitsverlaufs zu erkennen.

Beiki O et al.: Changes in the Risk of Reaching Multiple Sclerosis Disability Milestones In Recent Decades: A Nationwide Population-Based Cohort Study in Sweden. JAMA Neurol. 2019 Mar 18. doi: 10.1001/jamaneurol.2019.0330.

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Intelligente Brille hilft Kindern mit Autismus

Eine neuartige Technik unterstützt autistische Kinder dabei, Gesichtsausdrücke und Emotionen besser zu erkennen. Wie Forscher in der Fachzeitschrift JAMA Pediatrics berichten, haben sie dazu eine App entwickelt, die auf Smartphones läuft und mit einer intelligenten Brille zusammenarbeitet, die von Google bereit gestellt wurde.

Da der Zeitaufwand für das Training und die Kosten relativ gering wären, könnte die Methode nach weiteren Prüfungen als Ergänzung zu üblichen Verhaltenstherapien zum Einsatz kommen, hoffen die Wissenschaftler um Catalin Voss von der Abteilung für Computerwissenschaften der Stanford-Universität.

Die sogenannte „Superpower Glass Intervention“ besteht aus einer „intelligenten“ Brille mit integrierter Kamera, die im Zusammenspiel mit der App auf dem Smartphone die Wahrnehmung von Gesichtern und das Erkennen von Emotionen fördern soll. Getestet wurde sie in einer Studie mit 71 Kindern mit der Diagnose Autismus-Spektrum-Störung. Die meisten waren Jungs, und im Durchschnitt etwas über 8 Jahre alt. Sie wurden in zwei Gruppen aufgeteilt, von denen die eine 15 – 20 Stunden pro Woche eine Verhaltenstherapie bekam.

Zum Vergleich wurden die Familien der anderen Gruppe angewiesen, zusätzlich zu der Verhaltenstherapie vier Mal pro Woche mit der Superpower Glass Intervention für jeweils 20 Minuten zu üben. Die Kinder trugen dabei die Brille und bekamen verschiedene Gesichter mit verschiedenen Eindrücken präsentiert. Um die Erkennung zu erleichtern, gab es gleichzeitig verstärkende soziale Hinweise wie z.B. „Smileys“ und ein Lob vom Computer, wenn die Gesichtsausdrücke richtig zugeordnet wurden.

Zu Beginn der Studie und nach sechs Wochen wurden die Kinder in einem Verhaltenstest und die Eltern zusätzlich per Fragebogen abgefragt. Dabei war die Gruppe der Kinder, die mit der „Smartbrille“ geübt hatte, in alle vier getesteten Bereichen besser. Auf einer Skala – der Vineland Adaptive Behaviours Scale Unterskala für Sozialisierung – war die Überlegenheit besonders deutlich (statistisch signifikant), was bedeutet, dass dieses Ergebnis sehr wahrscheinlich kein Zufall war.

Laut den Studienautoren ist dies die erste randomisierte klinische Studie, die die Wirksamkeit einer am Leib getragenen digitalen Intervention zur Verbesserung des Sozialverhaltens bei Kindern mit Autismus-Spektrum-Störungen demonstriert. Zwar gibt es die smarte Brille mit dem Lernprogramm noch nicht zu kaufen. Jedoch sind die Forscher zuversichtlich, das diese und ähnliche „digitale Heimtherapien“ eine große Zukunft vor sich haben, weil damit die Behandlungsmöglichkeiten erweitert und mehr Patienten erreicht werden könnten.

Voss C et al.: Effect of Wearable Digital Intervention for Improving Socialization in Children With Autism Spectrum Disorder: A Randomized Clinical Trial. JAMA Pediatr. 2019 Mar 25. doi: 10.1001/jamapediatrics.2019.0285.

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Parkinson – Eine Zwischenbilanz

Nur wenige Nervenleiden haben mich so oft beschäftigt wie die Parkinson-Krankheit. Vielleicht wurde mir deshalb die Ehre zuteil, in diesem Jahr mehrere Mitteilungen für die Deutsche Parkinson-Gesellschaft zu verfassen, die kürzlich auf einer Pressekonferenz anlässlich des Welt-Parkinson-Tages verbreitet wurden. Die Originaltexte können sie direkt dort nachlesen; für den Hirnstimulator will ich an dieser Stelle nur ein paar Highlights herausstellen:

  • Weltweit hat sich die Zahl der Parkinson-Patienten von 2,5 Millionen im Jahr 1990 auf 6,1 Millionen im Jahr 2016 mehr als verdoppelt. Hauptursache dafür ist die zunehmende Alterung der Bevölkerung, für ein Fünftel des Zuwachses haben die Wissenschaftler jedoch keine Erklärung.
  • Weltweit gingen 2016 durch Parkinson umgerechnet 3,2 Millionen beschwerdefreie Jahre mit guter Lebensqualität (sogenannte DALYs) verloren. Für Deutschland liegen die Schätzungen bei 100.000 DALYs. Die Krankheit forderte zuletzt 200.000 Todesfälle pro Jahr, davon 7.000 in Deutschland.
  • Zwar gibt es zahlreiche Medikamente, welche die Beschwerden lindern und einem Großteil der Patienten ein Alltagsleben mit nur wenigen Einschränkungen ermöglichen. Eine Heilung ist jedoch nicht möglich.
  • Viele Forscher hoffen auf eine ursächliche Therapie, bei der bestimmte Proteinablagerungen (Alpha-Synuklein) im Gehirn reduziert werden. „Gelänge es, diesen Prozess zu verhindern, hätten wir damit eine Art Parkinson-Impfstoff geschaffen“, sagte die zweite Vorsitzende der Deutschen-Parkinson-Gesellschaft, Prof. Karla Eggert.
  • In den beiden großen, internationalen Studien PASADENA und SPARK soll das Konzept nun auch mit Beteiligung deutscher Patienten überprüft werden, nachdem erste Versuche in den USA ermutigend verlaufen sind. Vor verfrühten Hoffnungen wird jedoch gewarnt: Erstens wird es noch mindestens 3 Jahre dauern, bis die Ergebnisse vorliegen, und zweitens ist ein ähnlicher Ansatz auch bereits bei der Alzheimer-Krankheit erprobt worden – und dort in mehreren Anläufen gescheitert.

Quellen:

  • GBD 2016 Parkinson’s Disease Collaborators. Global, regional, and national burden of Parkinson’s disease, 1990-2016: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2016. Lancet Neurol. 2018 Oct 1. pii: S1474-4422(18)30295-3. doi: 10.1016/S1474-4422(18)30295-3.
  • Jankovic J et al.: Safety and Tolerability of Multiple Ascending Doses of PRX002/RG7935, an Anti-α-Synuclein Monoclonal Antibody, in Patients With Parkinson Disease: A Randomized Clinical Trial. JAMA Neurol. 2018 Oct 1;75(10):1206-1214. doi: 10.1001/jamaneurol.2018.1487.
  • Zella SMA et al.: Emerging Immunotherapies for Parkinson Disease. Neurol Ther. 2018 Dec 11. doi: 10.1007/s40120-018-0122-z.

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Schlanke Selfies

Heute mal wieder ein Beitrag aus der beliebten Reihe „Psychologie im Alltag“. Glaubt man der Pressestelle der Universität Bamberg, so haben Forscher nämlich das Geheimnis des perfekten Selfies gelüftet. Oder, auf wissenschaftlich: „Tobias Schneider und Prof. Dr. Claus-Christian Carbon vom Lehrstuhl für Allgemeine Psychologie analysierten, welche Kamerapositionen bei einem Selfie die Wahrnehmung von Persönlichkeitseigenschaften beeinflussen.“

Weiter heißt es in der Pressemitteilung:

Über dreihundert Probanden bewerteten computergenerierte 3D-Modelle realer Gesichter aus sieben verschiedenen, selfie-typischen Kameraperspektiven. Dabei lag der Fokus auf Beurteilungsdimensionen wie Attraktivität, Dominanz, Intelligenz oder Körpergewicht. „Die untersuchten Variablen spielen eine entscheidende Rolle in sozialen Interaktionen und sogar bei der Partnerwahl. Selfies dienen oft als wichtiges Medium – ein Grund, sich als Psychologe näher damit zu beschäftigen“, erklärt Schneider. Ziel der Studie war es herauszufinden, ob bestimmte Kamerapositionen einer Person besonders schmeicheln oder eher negative Beurteilungen nach sich ziehen.

Die Forscher konnten beispielsweise zeigen, dass besonders Frauen attraktiver wahrgenommen werden, wenn sie ihre linke Gesichtshälfte zur Kamera drehen. Sie wirken aber hilfsbereiter, wenn sie ihre rechte Gesichtshälfte zeigen. Männer hingegen wirken wiederum sympathischer, wenn sie ihre rechte Gesichtshälfte zur Kamera drehen.

Bereits in einer Studie aus dem Jahr 2012 konnten die beiden Wissenschaftler zusammen mit Kollegen der Universität Mainz demonstrieren, dass eine Kameraposition von leicht oberhalb schmeichelnd auf die Einschätzung des Körpergewichts wirkt. In der aktuellen Studie konnten die Wissenschaftler nun zeigen, dass eine seitliche Drehung der Kamera diesen Effekt noch verstärkt. „Normalerweise halten wir bei einem Selfie die Kamera schräg neben uns und heben oder senken den Arm dabei etwas“, erläutert Carbon. „Diese intuitive Handlung, so zeigt die Studie, kann stark dazu beitragen, dass Betrachter eines solchen Bildes das Körpergewicht deutlich geringer einschätzen. Werden wir hingegen bei einer tiefer positionierten Kamera noch eher übergewichtig eingeschätzt, so kann eine typische seitliche Drehung diesen Effekt abfedern.“

Zusammengefasst lautet die Lehre aus den beiden Studien also: Frauen drehen am besten die linke Gesichtshälfte zur Kamera, Männer die rechte. Und wenn man dann noch das Handy ein bisschen höher hält als den Kopf, wirkt man schlanker. Bitte gerne.

Die vollständige Forschungsarbeit gibt es übrigens (in englischer Sprache) komplett und kostenlos zum Download auf der Webseite von „Frontiers in Psychology“:

Schneider TM, Carbon CC: Taking the Perfect Selfie: Investigating the Impact of Perspective on the Perception of Higher Cognitive Variables. Front. Psychol., 09 June 2017 (online)

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Spinale Muskelatrophie: Hoffnung durch Antisense-Technik

Mithilfe einer neuartigen genetischen Technik ist es Wissenschaftlern erstmals gelungen, das Fortschreiten der Spinalen Muskelatrophie (SMA) bei Säuglingen und Kleinkindern zu verlangsamen – einer fatalen und bislang kaum aufzuhaltenden neurodegenerativen Erkrankung. „Dies ist eine vielversprechende Behandlungsmethode für die häufigste genetische Todesursache im Kindesalter“, so Prof. Christine Klein, Leiterin des Instituts für Neurogenetik an der Universität Lübeck und Vizepräsidentin der Deutschen Gesellschaft für Neurologie (DGN). Darüber hinaus könne man davon ausgehen, dass die hier genutzte Methode der Antisense-Technik auch für andere Erkrankungen und Indikationen angepasst werden und dort ebenfalls erfolgreich sein könnte.

Den Beweis, dass die Antisense-Technik funktionieren kann, haben nordamerikanische Neurologen mit einer Studie erbracht, über die sie in der Fachzeitschrift The Lancet berichten. Insgesamt 20 Säuglinge, die zwischen der dritten Lebenswoche und dem sechsten Lebensmonat an der Spinalen Muskelatrophie erkrankt waren, haben Richard S. Finkel vom Nemours Children´s Hospital und seine Kollegen behandelt.

Ursache der Erkrankung war in allen Fällen ein fehlendes bzw. defektes Gen für einen Nerven-Schutzfaktor (Survival Motor Neuron 1, SMN1). Ohne dieses Eiweiß gehen die Motoneuronen des Rückenmarks und des Hirnstammes zugrunde, die die Bewegungen einschließlich des Schluckens und des Atmens kontrollieren. Die Folgen sind fatal: Nicht einmal ein Viertel der Kinder überlebte bislang ohne künstliche Beatmung die Diagnose um mehr als zwei Jahre.

Vor diesem Hintergrund erhielten alle Teilnehmer den Wirkstoff Nusinersen in Form mehrerer Injektionen ins Nervenwasser des Rückenmarks. Zwar verstarben vier der 20 Babys trotz der Behandlung. Zum Zeitpunkt des Berichtes aber waren 16 noch am Leben. 13 von ihnen konnten ohne fremde Hilfe atmen, und bei 14 hatte sich die Muskelfunktion gebessert. Teilweise konnten diese Kleinkinder nun den Kopf aufrecht halten, greifen, stehen und sogar laufen. Solche Veränderungen hatte man bislang bei unbehandelten Kindern mit dieser Form von SMA nicht beobachtet. „Eine Heilung bedeutet das nicht“, sagt Prof. Klein, „aber die Therapie scheint wirksam zu sein.“

Die Neurologin hebt hervor, dass der molekulare Mechanismus der Methode wie geplant funktioniert hat: Nusinersen ist ein synthetisch hergestelltes Molekül, das spezifisch konstruiert wurde um ein Ersatzgen für SMN1 zu aktivieren, das fast baugleiche SMN2. Es könnte theoretisch ebenfalls den Nerven-Schutzfaktor liefern, der die Motoneuronen am Leben hält. Allerdings enthält SMN2 einen „Webfehler“, der die Übersetzung der Erbinformation in das rettende Eiweiß um 75 bis 90 Prozent verringert.

Diesen Webfehler konnte Nusinersen offenbar beheben. Das von Wissenschaftlern der Firma Ionis hergestellte synthetische Molekül heftet sich an einer genau vorausberechneten Stelle an ein Zwischenprodukt (Boten-RNS), welches die in SMN2 enthaltenen Erbinformationen an die Eiweißfabriken der Zellen übermittelt. Nusinersen verhindert dadurch, dass aus der SMN2-Boten-RNS ein Abschnitt entfernt wird und die Erbinformation unbrauchbar wird. Die Menge korrekt übersetzter Boten-RNS stieg um das 2,6-fache auf einen Anteil von 50 bis 69 %. Durch Messungen der Eiweißkonzentration im Rückenmark konnten die Forscher schließlich noch zeigen, dass die in dieser Studie behandelten Kinder um durchschnittlich 63,7 % Prozent mehr SMN-Protein bildeten, als unbehandelte Kinder.

Die Nebenwirkungen des Verfahrens wurden von den Patienten gut toleriert, sodass die genetische Therapie von Prof. Klein als „in akzeptabler Weise sicher“ eingestuft wird. Eine weitere, noch nicht veröffentlichte Studie mit Nusinersen bei älteren Patienten mit SMA war ebenfalls erfolgreich, teilte die Hersteller-Firma Ionis mit. Und unmittelbar vor Weihnachten gab die US-Zulassungsbehörde FDA bekannt, dass Nusinersen unter dem Handelsnamen Spinraza für die Behandlung der SMA sowohl bei Säuglingen als auch bei Erwachsenen zugelassen wurde (Inzwischen liegt auch eine Zulassung der europäischen Arzenimittelbehörde EMA vor).

„Als das weckt begründete Hoffnung auf die so lange erwartete Wende in der translationalen Anwendung von Erkenntnissen aus der Molekulargenetik von der reinen Diagnostik hin zu klinisch-therapeutischen Anwendungen im Sinne einer personalisierten Medizin“, so Prof. Klein. Die Antisense-Technik könne auch auf andere Erkrankungen angepasst werden, erwartet die DGN-Vizepräsidentin.

Während bei SMA die Übersetzung eines „schwachen“ Gens gefördert wird, ließe sich stattdessen auch das Ablesen schädlicher Gene verhindern. Im Tierversuch ist dies beispielsweise bei Mäusen schon gelungen, die als Modell für die Huntington´sche Krankheit dienten. Aber auch in klinischen Studien wurde und wird die Antisense-Technik bereits erprobt, beispielsweise gegen die Amyotrophe Lateralsklerose (ALS), Rheuma, Asthma, Morbus Crohn sowie eine Vielzahl von Krebserkrankungen.

(Vorlage für eine Pressemitteilung der Deutschen Gesellschaft für Neurologie vom 5. Januar 2017)

Quellen:

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Schwachstrom schmilzt Fett weg

San Diego. Erstmals ist es Wissenschaftlern gelungen, durch die elektrische Stimulation des Vestibularnervs den Anteil des Körperfetts beim Menschen zu senken. Dabei hätten die Studienteilnehmer weder ihre Ernährung verändert, noch ihre körperlichen Aktivitäten, berichtete der Erstautor der Studie, Jason McKeown vom Center for Brain and Cognition der University of California San Diego auf der Jahrestagung der US-amerikanischen Society for Neuroscience.

Zehn übergewichtige Freiwillige trugen dafür bis zu vier Mal pro Woche eine Stunde lang Kopfhörer-ähnliche Geräte, die so konstruiert waren, dass sie hinter den Ohren durch die Haut den Vestibularnerv reizten. Während sieben Personen jeweils für eine Stunde einen schwachen Wechselstrom von 0,5 Hertz und maximal 2 Milliampere erhielten, bekamen drei weitere lediglich eine Scheinstimulation. Mit dieser Methode der „Galvanisch-Vestibulären Stimulation“ (GVS) verloren die sieben tatsächlich behandelten Freiwilligen im Vergleich zur Kontrollgruppe durchschnittlich etwas mehr als acht Prozent Körperfett. Maximal waren es während der 15-wöchigen Studie sogar 16 Prozent, so McKeown.

Das sogenannte Labyrinth im Innenohr des Menschen hilft nicht nur das Gleichgewicht zu bewahren. Es ist womöglich auch an der Regulation des Körperfettes beteiligt (Zeichnung von Henry Gray aus Anatomy of the Human Body. Via Wikipedia. Public Domain)

Ausgangspunkt des ungewöhnlichen Experiments waren Beobachtungen, wonach Ratten und Mäuse unter dauerhaft erhöhter Schwerkraft ihren Körperfettanteil von etwa 20 auf 5 Prozent reduzieren. Dass die veränderte Körperzusammensetzung keine unspezifische Folge der erhöhten Schwerkraft ist, zeigen ähnliche Beobachtungen bei Mausmutanten, denen das otolitische Organ im Innenohr fehlt, welches Informationen zur Beschleunigung des Körpers an den Vestibularnerv sendet. Der wiederum läuft zum Hirnstamm und hat von dort aus eine Verbindung zum Hypothalamus, einer Hirnregion, die unter anderem die Fettspeicher des Körpers mitreguliert.

McKeown, der diese Studie als Gastwissenschaftler  im Labor von Vilayanur Ramachandran durchgeführt hat, schloss daraus, dass die Veränderung der Körperzusammensetzung durch einen Signalweg unter Beteiligung des Vestibularnervs und des Hypothalamus vermittelt wird.  Sein GVS-Gerät, dem er den Namen „Stimu Slim“ gegeben hat, sollte diese Hypothese testen.

In einer zweiten Studie mit sechs Übergewichtigen schalteten die Forscher ihren Stimulator jeweils eine Stunde vor dem Frühstück an. Noch während der Stimulation änderten sich daraufhin die Mengen der Hormone Insulin (es reguliert die Aufnahme von Zucker in die Zellen) und Leptin (signalisiert Hunger) derart, als ob die Probanden gerade eine Mahlzeit zu sich genommen hätten. Als die Forscher nach einer echten Stimulation und nach einer Scheinstimulation nach dem Hungergefühl fragten, blieb der Hunger unter der GVS gleich, bei einer Scheinbehandlung allerdings wurde er immer größer.

„Schon lange gibt es die Idee, dass der Hypothalamus eine Art Fixpunkt einstellt, der bestimmt, wie viel Fett der Körper speichern soll“, erklärt McKeown. Dieser Mechanismus sollte eigentlich vor Fettleibigkeit schützen, könne aber womöglich durch lange Zeiten im Übergewicht entgleisen. „An diesem Punkt wird es dann zunehmend schwieriger, durch eine Diät das Körperfett dauerhaft zu reduzieren, weil der Fixpunkt nun so eingestellt ist, dass zusätzliches Fett gespeichert wird“, sagt McKeown. Dass man durch die GVS das Körperfett beim Menschen reduzieren könne sei nun erstmals gezeigt worden, sagen die Forscher. „Angesichts der globalen Gesundheitskrise durch die Zunahme von Übergewicht könnte eine weitere Erkundung der Vestibularnerv-Stimulation einen möglichen Weg zur Therapie bieten“, lautete ihre Schlussfolgerung in San Diego.

Wie weitere Recherchen ergaben, ist McKeown mit seinem Kollegen Paul McGeoch schon einen Schritt weiter: Die beiden haben die in Irland ansässige Firma NeuroValens gegründet. Sie soll Stimu Slim ab dem kommenden Jahr produzieren und das Gerät an Übergewichigte wie auch Normalgewichtige verkaufen, die damit ihren Körper mühelos „entfetten“ wollen. Einem Pressebericht zufolge hätte die Markteinführung bereits in 2016 erfolgen sollen, auf der Webseite wurde sie nun für 2017 angekündigt.

Quelle:

McKeown J et al. Modulation of body mass composition using galvanic vestibular stimulation. Abstract 95.07, Society for Neuroscience 46th annual meeting, San Diego, 12. November 2016

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Neues Werkzeug für die Hirnforscher

San Diego. US-amerikanische Neurowissenschaftler haben aus dem Erbgut eines Fisches ein Gen isoliert, mit dem die Tiere elektromagnetische Felder erspüren können. Außerdem ist es den Forschern gelungen, das Gen in Rattenhirne einzupflanzen und damit epileptische Anfälle zu unterdrücken. Über ihre Entdeckung berichtete die Arbeitsgruppe um Galit Pelled von der Radiologischen Abteilung der Johns Hopkins Universität (Baltimore) auf der Jahrestagung der Society for Neuroscience.

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Aus Indischen Glaswelsen – hier im Aquarium des Frankfurter Zoos – haben Hirnforscher ein Gen isoliert, das es den Tieren ermöglicht, auf elektromagnetische Felder zu reagieren (Foto: Martin Fisch via Wikipedia [CC BY-SA 2.0])

Zwar hat es in den vergangenen Jahren große Fortschritte darin gegeben, Nervenzellen in lebenden Organismen und ausgewählten Schaltkreisen des Gehirns nach Belieben an- und auszuschalten. „Diese Methoden erfordern jedoch den Einsatz von Glasfaserkabeln, Medikamenten, Radiowellen oder Ultraschall“, sagt Jineta Banerjee, die in San Diego eine der beiden Arbeiten aus Pelleds Gruppe präsentiert hat. Die Entdeckung von Genen, die auf nicht-invasive elektromagnetische Felder reagieren, sei noch ganz am Anfang, so Banerjee.

Fündig wurden die Wissenschaftler im Indischen Glaswels (Kryptopterus bicirrhis), von dem man weiß, dass er wie einige andere Wasserbewohner auch sich mithilfe von elektromagnetischen Feldern orientiert. Beim Glaswels ist daran offenbar das bislang unbekannte „electromagnetic perceptive gene“ (EPG) beteiligt. Dieses Gen haben die Forscher nun isoliert, an ein zusätzliches Reportergen gekoppelt, und anschließend im Labor in Nervenzellen eingebaut.

Zwar gelang dies zunächst nur mit exakt neun Nervenzellen. Als die Forscher jedoch für jeweils 10 Sekunden elektromagnetische Felder auf die Zellkultur abstrahlten, öffnete das EPG Ionenkanäle in der Zellmembran. Dank des Reportergens konnten die Forscher beobachten, wie sich unmittelbar darauf im Zellinneren die Konzentration von Kalziumionen um etwa 20 Prozent erhöhte – ein typisches Verhalten für aktivierte Nervenzellen.

„Wir erwarten, dass diese Entdeckung das Potenzial hat, die Neurowissenschaften zu transformieren“, schreiben die Forscher eher unbescheiden in die Schlussfolgerungen ihrer Arbeit.

Zumindest im Tiermodell haben sie allerdings auch gleich gezeigt, wie die neue Technik eingesetzt werden kann, um Krampfanfälle zu verhindern: Sie nutzen dafür Ratten, denen man Kainsäure ins Nervensystem gespritzt hatte, sodass die Tiere regelmäßig epileptische Anfälle entwickelten.

Einem Teil der Tiere injizierten die Forscher dann Viren, die das EPG in die Hirnregion des Hippocampus einschleusten; eine zweite Gruppe bekam zum Vergleich die gleichen Viren ohne EPG. Zwei Wochen danach zählten die Wissenschaftler, wie häufig die Ratten Krampfanfälle bekamen. Bei Tieren mit dem EPG sank die Zahl von ursprünglich 17 am Tag um beinahe 50 Prozent auf 9, in der Kontrollgruppe dagegen ging die Zahl der Anfälle nur um 16 Prozent zurück. Möglicherweise hätte bereits die aufkommende elektrische Aktivität zu Beginn eines Krampfanfalls das EPG aktiviert, und so den Ausbruch unterbunden, spekulieren die Wissenschaftler.

Als sie nochmals zwei Wochen später ihr Experiment wiederholten und diesmal das EPG durch ein elektromagnetisches Feld aktivierten, sank die Zahl der Krampfanfälle erneut – und zwar um etwa 80 Prozent auf durchschnittlich nur noch 3,6.

„Diese vorläufigen Daten legen nahe, dass die drahtlose Aktivierung von EPG durch elektromagnetische Felder oder möglicherweise die elektromagnetischen Veränderungen durch die Krampfanfälle selbst die Attacken unterdrücken können“, sagte der Medizinstudent Benjamin Theisen, der bei diesem Experiment federführend war, im Namen seiner Kollegen. Und auch diese Präsentation endete mit einer sehr optimistischen Einschätzung: „Weitere Untersuchungen könnten zu einer neuen, nicht-invasiven Alternative zu den gegenwärtigen klinischen Standards führen.“

Quellen:

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Beeinflussen Darmbakterien die Hirnleistung?

San Diego. Kleinkinder, die in ihrem Darm einen bestimmten Mix aus Bakterien tragen, sind Altersgenossen in ihren geistigen Fähigkeiten überlegen. Außerdem gibt es offenbar einen Zusammenhang zwischen der Darmflora und der Hirnentwicklung bis zum zweiten Lebensjahr, berichten Alex Carlson von der University of North Carolina in Chapel Hill und seine Kollegen auf der Jahrestagung der US-amerikanischen Gesellschaft für Neurowissenschaften (SfN).

Unklar ist allerdings, ob die Bakterien die Hirnentwicklung direkt beeinflussen, oder ob sie lediglich eine Folge von Lebensumständen sind, die sich günstig auf die geistige Entwicklung auswirken. Auch Carlson lässt dies zunächst offen: „Unsere Forschung weist darauf hin, dass die Zusammensetzung der Mikroben im Darm die Entwicklung des menschlichen Gehirns beeinflussen könnte“, sagte er. Ziel der Arbeit sei es gewesen, den Zusammenhang zwischen der sich entwickelnden Darmflora und der kognitiven Entwicklung von Kleinkindern besser zu verstehen. Dies hielt den Neurobiologie-Studenten aber nicht davon ab zu spekulieren: „Letztlich könnte die gezielte Veränderung der Darm-Hirn-Achse neue Möglichkeiten für die Behandlung und Vermeidung von Hirnentwicklungsstörungen eröffnen.“

Durchgeführt wurde die Arbeit mit 89 Kleinkindern im Alter von einem Jahr, deren Darmbewohner mithilfe von DNA-Analysen aus Stuhlproben bestimmt wurden. Anhand der Häufigkeit bestimmter Bakterien in den Stuhlproben und der Verwandschaft dieser Bakterien untereinander teilten die Wissenschaftler die Kinder in drei Gruppen ein. Insbesondere die Gattungen Faecalibacterium, Bacteroides  und Clostridiales waren zwischen diesen drei Gruppen ungleich verteilt.

Anhand der „Mullen Skala für frühes Lernen“ vermaßen Carlson und dessen Kollegen dann die Wahrnehmungsfähigkeit, die Sprachentwicklung und die motorischen Fähigkeiten der Kinder im Alter von zwei Jahren. „Die Kinder in der Gruppe mit vielen Bakterien der Gattung Bacteroides hatten gegenüber den anderen beiden Gruppen bessere geistige Leistungen“, so Carlson.

Überraschend für die Wissenschaftler war auch, dass Kinder mit einer besonders vielfältigen Darmflora schlechter abschnitten als diejenigen, mit weniger unterschiedlichen Mikroben im Darm. „Eigentlich hatten wir vorhergesagt, dass die Kinder mit vielfältiger Darmflora bessere Leistungen bringen würden, denn andere Studien haben gezeigt, dass dies sich positiv auf die Gesundheit auswirkt – etwa auf die Entwicklung von Asthma und Diabetes. „Unsere Arbeit unterstreicht die Tatsache, dass ein optimales Mikrobiom bezüglich der Kognition und der Psyche anders aussehen könnte, als wenn man nach anderen körperlichen Merkmalen fragt.“, so Carlson.

Die Ergebnisse hätten „wichtige Implikationen“ für Interventionen die auf die Darmflora zielen, wie beispielsweise die Gabe von Probiotika. Bei Kleinkindern hätte man damit womöglich mehr Erfolg, weil dort die Darmflora leichter zu verändern wäre. Direkter ginge dies, wenn man die Moleküle identifieren könnte, welche die mikrobiellen Effkte auf das Gehirn vermitteln. Sein Labor arbeite gegenwärtig an diesem Projekt, so Carlson, denn „diese Moleküle könnten neue Therapeutika für komplexe psychiatrische Erkrankungen darstellen, oder Ziele sein für die Medikamente der Zukunft.“

Bei all dem geht Carlson als Sprecher seines Teams wie selbstverständlich davon aus, dass es tatsächlich die Präsenz bestimmter Bakterienarten ist, die sich günstig auf die frühkindliche Hirnentwicklung auswirkt. Eine alternative Erklärung wäre, dass Eltern, die sich intensiver mit ihren Kindern beschäftigen, diese auch anders ernähren, wodurch sich natürlich auch die Darmflora anders entwickelt. Ihre bessere geistige Entwicklung würden diese Kinder dann allerdings nicht der Babykost verdanken oder den von Geburt an vorhandenen Bakterien, sondern ganz klassisch der elterlichen Zuneigung.

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