Hirnschäden bei Frühgeburten vermeiden

Einer Forschungsgruppe des Inselspitals, Universitätsspital Bern und der Universität Bern ist es gelungen, mit kleinen extrazellulären Vesikeln (sEV) aus der Nabelschnur die Schädigung von Hirnzellen in Zellkultur zu vermeiden. 

Hirnschäden bei Neugeborenen treten durchschnittlich bei 1 von 1000 Geburten auf. Bei Frühgeburten sind Hirnschäden gut 100 Mal häufiger. Frühgeburten machen weltweit neun Prozent der Geburten aus. Bis heute ist es nicht möglich, die Entstehung von Hirnschädigungen zu verhindern. Die meist lebenslange Therapie einer resultierenden Cerebralparese kann nur stabilisierend erfolgen, eine nachträgliche Heilung ist nicht möglich. Der Vermeidung von Schädigungen des Zentralnervensystems unter der Geburt, insbesondere bei Frühgeburten, kommt somit höchste Priorität zu.

Studie zeigt neue Wege

Dem Forschungsteam um Prof. Daniel Surbek und PD Dr. Andreina Schoeberlein ist es nun gelungen, einen neuen Weg zur Vermeidung von Hirnschäden während der Geburt zu entwerfen. Dabei werden aus der Nabelschnur gewonnene kleine Vesikel dazu eingesetzt, die Reifung der Nervenzellen sicherzustellen. Das nachfolgend skizzierte Verfahren, ein neuer Ansatz zur Vermeidung von Hirnschäden bei Frühgeburten, vereint nach Einschätzung der Forscher Vorteile einer wirksamen molekularbiologischen Unterstützung der Nervenzellreifung und einer einfachen und verträglichen Applikation via Nasenschleimhaut direkt ins Gehirn.

Schadhafte Myelinisierung ist der Schlüssel

Bekannt war bisher, dass Sauerstoffmangel bei der Geburt und Entzündungen im Gehirn des Neugeborenen zu einer Störung der Myelinisierung führen. Stammzellen aus der Nabelschnur haben einen fördernden Effekt auf die Myelinisierung. Besonders interessant sind dabei die kleinen Vesikel, die “small Extracellular Vesicles” (sEV). Sie werden von den Stammzellen in der sogenannten Wharton’schen Sulze (Bindegewebe der Nabelschnur) gebildet. Sie enthalten kurze genetische Informationen, die microRNA. Diese steuern die Signalwege, welche den Aufbau bzw. die Hemmung des Aufbaus, von Zellen und Gewebe steuern. Dem Forscherteam war zuvor im Tierversuch der Nachweis gelungen, dass sEV aus der Wharton’schen Sulze die Myelinisierung fördern und so die Hirnfunktion verbessern.

Experiment mit menschlichen Zellen bestätigt Wirkungsweise

Die nun in “Frontiers in Cell and Developmental Biology” publizierte Studie geht noch einen Schritt weiter. sEV aus humanem Nabelschnurgewebe wurden mit Vorläuferzellen von Oligodendrozyten zusammen kultiviert. Nach fünf Tagen stellten die Forscher fest: Die sEV aus der Wharton’schen Sulze führten zu einer raschen und intakten Myelinisierung in den Versuchskulturen. Das Markerprotein für reife Oligodendrozyten war deutlich erhöht. Der Marker für unreife Vorläuferzellen dagegen war reduziert. Gleichzeitig konnte nachgewiesen werden, dass der NOTCH- und der MAPK/ERK Signalweg herunterreguliert waren, der Reifeprozess der Myelinisierung also ungehindert stattfinden konnte.

Extrazelluläre Vesikel mit vielen Vorteilen

Die gefundenen sEV haben den Forschern zufolge zahlreiche Vorteile im Hinblick auf den klinischen und therapeutischen Einsatz. Sie enthalten im Gegensatz zu Stammzellen keine DNA, sondern nur RNA und andere Botenstoffe. Die typischen Probleme von Stammzellentransplantationen (z.B. Abstossung, Entzündungsreaktionen etc.) sind somit nicht zu erwarten. Weiter gehen die Wissenschaftler davon, dass eine einfache Applikation über die Nasenschleimhaut direkt in das Gehirn möglich ist.

Originalpublikation:
Joerger-Messerli MS et a. Human Wharton’s Jelly Mesenchymal Stromal Cell-Derived Small Extracellular Vesicles Drive Oligodendroglial Maturation by Restraining MAPK/ERK and Notch Signaling Pathways.
FrontCell Dev Biol 2021;9:622539.