Modellstudie zum Antiepileptikum Valproat: Einfluss auf frühe Hirnentwicklung

Das erhöhte Risiko für Entwicklungsstörungen des Gehirns bei ungeborenen Kindern durch das Antiepileptikum Valproat ist bekannt. Eine Studie mit im Labor gezüchteten Gewebemodellen des menschlichen Gehirns liefert nun neue Erkenntnisse dazu, wie das Medikament die frühe Gehirnentwicklung beeinflusst.

Wegen des bekannten erhöhten Risikos für neurologische Entwicklungsstörungen wie Autismus-Spektrum-Störungen gelten bei der Einnahme von Valproat für Frauen im gebärfähigen Alter besondere Warnhinweise. Für einige Patientinnen mit Epilepsie ist Valproat trotz der bekannten Risiken aber die einzige wirksame Therapieoption.

„Mit unserer Forschung wollen wir dazu beitragen, die Wirkmechanismen des Medikamentes besser zu verstehen, um langfristig neue Forschungsansätze zur Risikominimierung bei den Föten zu ermöglichen“, erklärt Zeynep Yentür, wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Arbeitsgruppe von Prof. Simone Mayer am Zoologischen Institut (ZOO) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT).

„Wir haben erstmals mithilfe im Labor gezüchteter Gewebemodelle des menschlichen Gehirns untersucht, wie sich das Medikament auf die Zellumgebung auswirkt und wie diese Veränderungen wiederum Prozesse im Inneren einzelner Zellen beeinflussen“, fährt Yentür fort.

Menschliche Gehirnorganoide als Modellsystem

Die Forschenden behandelten Gehirnorganoide über 30 Tage mit Valproat, um eine anhaltende Exposition während früher Entwicklungsphasen zu simulieren. Anschließend untersuchten die Forschenden die Auswirkungen des Medikamentes auf Gewebe-, Zell- und Molekülebene.

Die Ergebnisse zeigen, dass der Wirkstoff die Zellvermehrung deutlich hemmt, die geordnete Struktur wichtiger Entwicklungszonen stört und dazu führt, dass sich Vorläuferzellen schlechter zu ausgereiften Nervenzellen entwickeln. Besonders betroffen ist die extrazelluläre Umgebung der Zellen: Sie verändert sich strukturell, wird steifer und beeinträchtigt zentrale Kommunikations- und Signalprozesse, die für eine normale Gehirnentwicklung essenziell sind.

Als Laborstudie an Gewebemodellen ersetzten die Ergebnisse keine klinischen Daten, lieferten jedoch wichtige Hinweise auf grundlegende Entwicklungsmechanismen, erklären die Forschenden.

Forschung im Exzellenzcluster „3D Matter Made to Order“

Die Studie entstand in Zusammenarbeit zwischen dem KIT, der Heidelberger Akademie der Wissenschaften, der Universität Tübingen und der Universität Heidelberg innerhalb des Exzellenzclusters „3D Matter Made to Order (3DMM2O)“. Der gemeinsam von KIT und Universität Heidelberg getragene Exzellenzcluster erforscht dreidimensionale additive Fertigungstechniken – von der Ebene der Moleküle bis hin zu makroskopischen Abmessungen. So sollen Bauteile und Systeme im Nanodruckverfahren mit höchster Prozessgeschwindigkeit und Auflösung entstehen und die Voraussetzungen für neuartige Anwendungen in Material- und Lebenswissenschaften schaffen.