Nach Rückenmarksverletzung: Mäuse laufen dank Protein wieder

Eine Rückenmarksverletzung führt oft zu dauerhaften Lähmungen, Gefühlsverlusten und einem Alltag, der plötzlich völlig neu organisiert werden muss. Schon eine Quetschung im Rückenmark kann bedeuten, dass die Beine nicht mehr richtig bewegt werden können oder einfache Bewegungen zur Herausforderung werden. Viele Betroffene hoffen dann, dass beschädigte Nervenbahnen wieder zusammenwachsen. Doch die Lösung dieses Problems ist bis heute eine der größten Herausforderungen der Medizin: Nervenzellen im Rückenmark wachsen nur sehr schlecht nach.

Ein Forschungsteam der Universität zu Köln verfolgt deshalb einen Weg, noch vorhandene Nervenbahnen zu nutzen. Ein spezielles Protein sollte die Zellen dazu bringen, neue Seitenäste zu bilden und so neue Umwege im Nervensystem zu schaffen. Im Mausversuch funktionierte das erstaunlich gut: Gelähmte Tiere liefen wieder, wenn auch mit Einschränkungen.

Verbliebene Nervenbahnen reaktivieren

Die Arbeit erschien im Fachjournal Neurobiology of Disease. Untersucht wurden sogenannte Kontusionsverletzungen. Dabei wird das Rückenmark nicht vollständig durchtrennt, sondern durch eine Quetschung verletzt. Ein Teil der Nervenfasern bleibt erhalten. Diese Form der Verletzung kommt auch beim Menschen besonders häufig vor.

Das Team um Professor Dr. Dietmar Fischer vom Institut für Pharmakologie II der Uniklinik Köln setzte auf das Protein Hyper-Interleukin-6, kurz hIL-6. Dieses Protein kann direkt an Nervenzellen binden und Wachstumssignale aktivieren. Die Forscher brachten die Bauanleitung dafür mit einem Trägervirus gezielt in den Motorkortex der Mäuse ein. Dieser Bereich im Gehirn plant, steuert und koordiniert Bewegungen.

Von dort wanderte hIL-6 entlang bestehender Nervenbahnen weiter in tiefere Hirnregionen. Vor allem Nervenzellen im Hirnstamm reagierten darauf. Diese Zellen sind wichtig für Bewegungsabläufe wie Gehen, Haltung und Koordination.

Fischer erklärt den Ansatz so: „Anstatt uns ausschließlich auf das Nachwachsen durchtrennter Nervenfasern zu verlassen, nutzen wir auch intakte neuronale Verbindungen. Durch die Bildung von Seitenzweigen konnten diese Verbindungen neue Verbindungen herstellen, was zu einer deutlichen Funktionswiederherstellung führte.“

Gelähmte Mäuse liefen deutlich besser

Die Forscher testeten leichte, mittlere und schwere Verletzungen des Rückenmarks. Einen Tag nach der Verletzung hatten alle Tiere eine vollständige Lähmung der Hinterbeine. Auf der Basso-Mouse-Skala lag ihr Wert bei null. Diese Skala reicht von 0 für keine Bewegung bis 9 für normale Bewegung. Nach zehn Wochen zeigte sich ein klarer Unterschied zur Ausgangssituation.

Bei leichten Verletzungen erreichten unbehandelte Mäuse einen Wert von 4,9. Sie konnten ihre Pfoten wieder aufsetzen, aber noch nicht koordiniert laufen. Tiere mit hIL-6 kamen auf 6,7 Punkte. Besonders auffällig: 89 Prozent dieser Mäuse bewegten Vorder- und Hinterbeine wieder koordiniert. In der Kontrollgruppe schaffte das kein einziges Tier.

Auch bei mittleren Verletzungen verbesserten sich die Tiere deutlich. Die behandelten Mäuse erreichten rund 5,5 Punkte, die Vergleichsgruppe nur etwa 4,2. Selbst bei schweren Schäden zeigte sich noch ein Effekt. Mehr als ein Drittel der behandelten Tiere konnte die Pfoten wieder gezielt aufsetzen.

Nervensystem fand einen anderen Weg

Was bei den Mäusen nicht passierte: Eine Heilung des Rückenmarks, bei der durchtrennte Hauptnerven wieder zusammenwachsen. Der sogenannte kortikospinale Trakt, eine zentrale Bahn für willentliche Bewegung, regenerierte nicht über die Verletzung hinaus. Trotzdem liefen die Tiere besser.

Die Therapie heilte die eigentliche Verletzung also nicht. Das ist ein wichtiger Punkt in der Untersuchung. Die beschädigte Fläche im Rückenmark blieb gleich groß. Auch der Verlust von Nervenzellen änderte sich nicht. Das Protein reparierte also nicht das zerstörte Gewebe, es half dem Nervensystem, mit dem Schaden besser umzugehen.

Die Verbesserung entstand also durch eine Neuordnung und Verzweigung vorhandener Verbindungen. Das macht den Ansatz so interessant. Das Nervensystem fand gewissermaßen einen anderen Weg. „Die Therapie veränderte weder die Größe der Verletzung noch das Ausmaß des Nervenzellverlusts“, erläutert Studienleiter Fischer. „Die funktionellen Verbesserungen beruhen vielmehr auf der Bildung von Seitenzweigen und einer Umstrukturierung bestehender neuronaler Netzwerke.“

Bestimmte Gruppe von Nervenzellen spielt eine entscheidende Rolle

Als besonders wichtig bei der Wiederherstellung stellten sich bestimmte Nervenzellen aus dem Hirnstamm heraus, die Serotonin produzieren und ausschütten. Diese Bahnen helfen dabei, Bewegungen zu steuern und Gehbewegungen zu koordinieren. Nach einer schweren Verletzung brachen diese Verbindungen stark ein. In der Kontrollgruppe sank ihre Zahl um mehr als das 16-Fache. Mit hIL-6 wuchsen deutlich mehr dieser Fasern wieder in Richtung Rückenmark.

Die Forscher wollten prüfen, ob diese Zellen maßgeblich für den Erfolg der Therapie verantwortlich waren. Deshalb schalteten sie die sogenannten serotonergen Nervenzellen in einem Kontrollversuch gezielt aus. Das Ergebnis war eindeutig: Die Verbesserung des Bewegungsapparates verschwand fast vollständig. Damit wurde klar, dass nicht neue Hauptleitungen entstanden waren, sondern nur Umwege im Netzwerk serotonerger Zellen.

Noch keine Hilfe für gelähmte Menschen

So vielversprechend die Ergebnisse wirken: Es handelt sich um Forschung im Mausmodell. Bis daraus eine Behandlung für Menschen werden könnte, sind noch viele Fragen offen. Dazu gehören:

die Sicherheit der Gentherapie
die richtige Dosierung
mögliche Nebenwirkungen
langfristige Folgen einer veränderten IL-6-Signalwirkung

Auch Entzündungen oder Auswirkungen auf die Psyche müssen geprüft werden. Es sind noch weitere Studien nötig, bevor eine Anwendung beim Menschen möglich wird.

Kurz zusammengefasst:

Bei einer Rückenmarksverletzung müssen Nervenzellen nicht immer vollständig nachwachsen, damit sich die Bewegungsfähigkeit verbessert – oft können noch vorhandene Nervenbahnen neue Verbindungen bilden und verlorene Funktionen teilweise übernehmen.
Das Protein hIL-6 half gelähmten Mäusen dabei, wieder besser zu laufen: Nach zehn Wochen erreichten die Tiere deutlich bessere Bewegungswerte, bei leichten Verletzungen liefen 89 Prozent wieder koordiniert, während dies in der Kontrollgruppe kein einziges Tier schaffte.
Die Therapie reparierte weder die Größe der Verletzung noch den Nervenzellverlust, sondern stärkte vor allem serotonerge Nervenzellen im Hirnstamm, die neue Umwege für Bewegungssteuerung ermöglichten – für Menschen ist das aber noch keine verfügbare Behandlung.

Übrigens: Während Kölner Forscher Neuordnungen im Nervensystem nutzen, testen brasilianische Wissenschaftler erstmals ein Protein direkt im verletzten Rückenmark, das zerstörte Verbindungen wieder wachsen lassen soll. Erste Beobachtungen machen Hoffnung selbst bei schweren Lähmungen. Mehr dazu in unserem Artikel.