Zebrafisch kann durch ausgeklügelten Mechanismus sein Rückenmark heilen

Indem spezielle Bindegewebszellen die Entzündung und die Bildung von Narbengewebe regulieren, können beim Zebrabärbling nach einer Rückenmarksverletzung Nervenbahnen wieder nachwachsen, diese Erkenntnis könnte langfristig auch Menschen helfen.

Ein Forschungsteam der Universität zu Köln konnte zeigen, wie Zebrabärblinge (Zebrafische) nach einer Rückenmarksverletzung ihre Nervenbahnen neu bilden und ihre Bewegungsfunktion wiederherstellen können.

Erleiden Menschen schwere Rückenmarksverletzung, bleiben sie meist dauerhaft gelähmt. Die durchtrennten Nervenfasern wachsen nicht nach, weil Narbengewebe und anhaltende Entzündungen die Regeneration verhindern. Der Zebrabärbling – ein kleiner tropischer Fisch – kann dagegen selbst schwerste Rückenmarksverletzungen vollständig heilen. Die Ergebnisse wurden unter dem Titel „Biphasic inflammation control by fibroblasts enables spinal cord regeneration in zebrafish“ im Fachjournal „Cell Reports“ veröffentlicht.

Fibroblasten haben beim Zebrafisch eine Doppelrolle inne

Bei Menschen stellt Narbengewebe, das sich im Umfeld einer Wunde im Rückenmark bildet, eine erhebliche Barriere für die Regeneration von Nervenzellen dar. Zudem führt eine anhaltende Aktivierung des Immunsystems zu einer chronischen Entzündungsreaktion, die die Regeneration zusätzlich hemmt. Narbenbildung und Entzündungsreaktion stehen dabei in enger Wechselwirkung: Die durch die Verletzung ausgelöste Infiltration von Immunzellen fördert die Narbenbildung, welche wiederum die Immunantwort verstärkt, verlängert und das Abklingen der Entzündung verhindert. In der aktuellen Studie haben die Kölner Forschenden verletztes Rückenmark des Zebrabärblings auf Einzelzellebene untersucht und dabei entdeckt, dass spezielle Zellen des Bindegewebes, sogenannte Fibroblasten, eine doppelte Rolle spielen. Sie lösen zunächst die Entzündungsreaktion aus, die die Heilung in Gang setzt – und beenden sie anschließend wieder, damit das Gewebe sich regenerieren kann. Gleichzeitig unterdrücken die Fibroblasten im Zebrabärbling die Synthese von Narbenbestandteilen, die die Regeneration bei Säugern und Menschen hemmen. Damit verhindern sie, dass sich wie beim Menschen dauerhaft Narbengewebe bildet.

„Der Zebrabärbling steuert bei einer Verletzung des Rückenmarks die Entzündung und Heilung sehr präzise“, erklärt Professor Dr. Daniel Wehner vom Institut für Zoologie der Universität zu Köln. „Unser Ziel ist es, dieses Wissen für die Entwicklung therapeutischer Ansätze zur Förderung der Regeneration beim Menschen zu nutzen. Wenn wir verstehen, welche Signale die Kontrolle der Regeneration ermöglichen, könnten wir langfristig Wege finden, Therapien zur Wiederherstellung des Rückenmarks auch beim Menschen zu fördern.“

Datensatz erlaubt Analyse komplexer Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Zelltypen

Als Grundlage für die Erforschung des Heilungsmechanismus haben die Wissenschaftler erstmals eine umfassende hochauflösende Einzelzellanalyse aller RNA-Moleküle der gesamten Wundumgebung im Zebrabärbling durchgeführt. Dabei gelang es, sowohl sämtliche Zellen des Nervensystems als auch die einwandernden Zellen der Wundumgebung systematisch zu kartieren. „Dieser Datensatz stellt in seinem Umfang die erste Ressource dieser Art dar und ermöglicht die Analyse komplexer Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Zelltypen“, so Professor Wehner. Die Erkenntnisse liefern wertvolle Ansatzpunkte, für die weitere Analyse der Regenerationsmechanismen sowohl bei Zebrafischen wie auch bei anderen Tieren und Menschen.

Die Studie war eine Kooperation von Forschenden der Universität zu Köln, des Max-Planck-Instituts für die Physik des Lichts, des Max-Planck-Zentrums für Physik und Medizin, der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, sowie weiteren internationalen Instituten.