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Nervensache

Querschnittslähmung – Es wächst zusammen, was zusammengehört. Das alte Dogma, daß zerstörte Nervenbahnen in Gehirn und Rückenmark nicht heilen können, ist widerlegt. Gleich mehrere Methoden versprechen, das Nervenwachstum von außen anzuregen. Im Tierversuch funktioniert schon manches. Bis zur Therapie für Querschnittsgelähmte ist es aber noch ein weiter Weg.

Nicole kann nur die Zehen ihres linken Fußes ein wenig hochziehen. Ihre Beine sind gelähmt. Bei einem Autounfall wurde ihre Wirbelsäule zerquetscht. Nun bleibt der 23jährigen nichts anderes übrig, als ihre restliche Bewegungsfähigkeit zu trainieren. Noch existiert keine Therapie, die zerstörten Nervenstränge nachwachsen zu lassen.

Doch jetzt gibt es einen Hauch Hoffnung. Noch vor 15 Jahren war sich die Fachwelt weitgehend einig: Wenn die Bahnen des Zentralnervensystems – des Gehirns und Rückenmarks – einmal unterbrochen sind, wachsen sie nie wieder nach. Mittlerweile haben zahlreiche Wissenschaftler dieses Dogma widerlegt. Die ersten versuchen bereits, Medikamente zur Heilung von Querschnittslähmungen zu entwickeln.

Durch das Rückenmark rasen ständig Informationen zwischen Gehirn und Körper hin und her. Man kann es sich wie einen Kabelbaum vorstellen, dessen Leitungen Millionen winziger Schaltkreise in Kopf und Gliedmaßen verknüpfen. Wenn eine Fliege auf der Hand herumkrabbelt, registrieren die Sinneszellen der Haut: „Es kitzelt.“ Sie melden die Berührung über periphere Nerven ins Rückenmark und von da ins Gehirn. Die zentralen Nervenzellen dort erteilen das Kommando: „Hand bewegen“. Sie schikken elektrische Impulse durch ihre teilweise meterlangen Fortsätze, die Axone, zurück ins Rückenmark. Von dort leiten periphere Nervenzellen die Erregung an die Hand weiter. Die zuckt und verscheucht das lästige Insekt.

Wenn nun ein Unfall wie bei Superman-Darsteller Christopher Reeves oder ein Attentat wie beim CDU-Vorsitzenden Wolfgang Schäuble die langen Nervenfasern in der Wirbelsäule durchtrennt oder ein Tumor sie abquetscht, verlieren die Körperteile unterhalb der geschädigten Stelle den Kontakt zur Schaltzentrale im Hirn. Der verletzte Mensch kann die vom Informationsfluß abgeschnittenen Gliedmaßen und Organe nicht mehr kontrollieren und verliert dort auch jede Empfindung. Nur bei zentralen Nerven haben Verletzungen der Axone so katastrophale Folgen: Ramponierte Nerven in der Peripherie des Körpers, zum Beispiel in der Hand, wachsen häufig problemlos nach. Warum also funktioniert die Selbstheilung in der Schaltzentrale nicht?

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Der spanische Neurobiologe Ramón y Cajal wollte dem schon Anfang dieses Jahrhunderts auf den Grund gehen. Er durchtrennte einen zentralen Nerv einer Ratte und nähte ein Stück peripheren Nerv an. Und tatsächlich: Der Zentralnerv sproßte an der Verbindungsstelle wieder neu aus. Doch weil andere Wissenschaftler die Resultate nicht wiederholen konnten, geriet die Entdeckung vorübergehend in Vergessenheit.

Anfang der achtziger Jahre kramte ein anderer Spanier, der Neurologe Alberto Aguayo, die alten Publikationen wieder hervor und unternahm ganz ähnliche Experimente. Dank moderner Nachweismethoden konnte er klar zeigen: Einige zentrale Nerven wachsen tatsächlich nach, vorausgesetzt, man liefert ihnen einen peripheren Nerv, an dem sie sich wie an einer Leitschiene entlanghangeln können. Sie erreichen die richtigen Zielgebiete und verschalten sich korrekt mit den anderen Nerven.

Aguayos Ergebnisse brachten die Regenerationsforschung richtig in Gang. Die Wissenschaftler verstehen immer besser, was nach einem Nervenriß geschieht und worin der Unterschied zwischen der Heilkraft des peripheren und des zentralen Nervensystems besteht.

Beim Nachwachsen von Axonen spielen Gliazellen die Hauptrolle. Sie umhüllen überall im Körper die langen Fortsätze der Nervenzellen. Im peripheren Nervensystem sind diese Hüllzellen länglich und heißen Schwannzellen, im zentralen Nervensystem sind sie geformt wie kleine Kraken mit vielen Armen und heißen Oligodendrozyten. Gemeinsam ist ihnen, daß sie sich um die Nervenfasern herumwickeln und dort die fetthaltige Substanz Myelin produzieren. Damit isolieren sie die elektrischen Bahnen wie Kunststoff einen Kupferdraht und ermöglichen eine schnelle Weiterleitung der Impulse.

Wenn nun eine Nervenbahn durchtrennt wird, stirbt der von der kernhaltigen Zelle abgetrennte Teil des Fortsatzes ab. Auch der mit dem Zellkörper verbundene Stumpf verändert sich: Er stößt an der Verletzungsstelle seine isolierende Myelinhülle ab.

Im peripheren Nervensystem – etwa bei einer Verletzung am Unterarm – eilen sofort Freßzellen des Immunsystems herbei und beseitigen die Myelintrümmer. Außerdem regen sie die Schwannzellen zu einer Verwandlung an: Die schon ausgereiften und spezialisierten Hüllzellen benehmen sich auf einmal wieder, als befänden sie sich in einem gerade erst heranwachsenden Nervensystem: Sie strecken sich, produzieren Wachstumsfaktoren und düngen damit den Axonstumpf. Der sproßt daraufhin kräftig aus, bis er die Körperregion erreicht, wo vorher der abgetrennte und inzwischen abgestorbene Nervenfortsatz den Kontakt zu anderen Nerven und Muskeln gehalten hatte. Von dem Moment an kann der Verletzte seine gelähmten Finger wieder bewegen.

Auf seinem Weg durch den Körper statten die Schwannzellen den frischen, noch nackten Nerventrieb wieder mit einer schützenden Myelinschicht aus. Nach vollbrachter Arbeit stoppen sie die Produktion von Wachstumsfaktoren und gehen wieder in den Ruhezustand über.

Im Zentralnervensystem ist dies alles anders. Hier kommt zunächst einmal keine Aufräumtruppe des Immunsystems zu Hilfe. Der Myelinmüll vergammelt an der Verletzungsstelle und erschwert der angeschlagenen Nervenzelle den Überlebenskampf. Hinzu kommt, daß die Oligodendrozyten im Gegensatz zu den Schwannzellen keinerlei Anstalten unternehmen, das verletzte Neuron wieder aufzupäppeln. Im Gegenteil:Sie versuchen, die Heilung zu verhindern, wie der Neurologe Martin Schwab von der Universität Zürich entdeckte. Mit NI-Proteinen („NI“ – neurite growth inhibitor, Nervenwachstumshemmer) verseuchen die Oligodendrozyten das Myelin der Axone und machen es zu einer wachstumsfeindlichen Umgebung.

Doch damit nicht genug. Eine weitere Gattung von Gliazellen, die es nur im Zentralnervensystem gibt – die Astrozyten – stößt ebenfalls Hemmstoffe aus. Außerdem bilden die Astrozyten an der Axon-Bruchstelle harte Narben – ein unüberwindbares Hindernis für zarte Nervensprosse. Fazit: Im peripheren Nervensystem sind kranke Neurone von hilfsbereiten Nachbarzellen umgeben, im zentralen Nervensystem hingegen von feindlich gesinnten.

Es gibt noch einen weiteren Unterschied: Im peripheren Nervensystem genügt den Neuronen schon eine geringe Stimulans, um aktiv an ihrer Heilung mitzuwirken. Ähnlich wie die Schwannzellen aktivieren sie alte, stillgelegte Genprogramme und produzieren Proteine, die sie zum Aussprossen brauchen.

Nervenzellen im Gehirn tun sich hingegen schwer, einmal stillgelegte Wachstumsprogramme wieder einzuschalten. Zwar hat gerade erst der amerikanische Neurobiologe Fred Gage vom Salk Institute in Kalifornien im Fachblatt Nature Medicine berichtet, daß ihm der Nachweis von sich ständig neu bildenden Zellen im Gehirn gelungen sei. Doch noch ist offen, ob es sich dabei auch um funktionsfähige Neuronen handelt. Und dort, wo man Gehirnzellen beim Wachsen beobachtet hat, werden ihre neuen Sprosse gerade mal einen kläglichen Millimeter lang und erreichen die alten Schaltstellen im Rückenmark nicht mehr: Das amputierte Neuron kann weder Befehle ins Mark weiterleiten, noch Impulse von dort empfangen. Diese elektrische Funkstille empfindet die Zelle als so bedrohlich, daß sie ihr Selbstmordprogramm einschaltet und zugrunde geht.

Aus diesem Bild, das sich erst in den letzten fünf Jahren entwickelt hat, ergeben sich mögliche Ansätze zur Heilung: Zunächst einmal wollen die Regenerationsforscher die Nervenzellen vor dem Selbstmord retten und sie dazu bringen, ihre eigene Wachstumsmaschinerie wieder anzuwerfen. Dann gilt es, ihnen eine stimulierende Umgebung zu bieten – durch die Transplantation unterstützender Zellen, durch die Gabe von Wachstumssubstanzen und durch Ausschalten der störenden Hemmstoffe. Schließlich sollte das nachwachsende Axon die richtige Zielzelle wiederfinden. Fehlverschaltungen im zentralen Nervensystem würden dem querschnittsgelähmten Patienten wenig helfen. Anstatt seine Beine wieder bewegen zu können, würde er womöglich chronische Schmerzen leiden, weil die nachgewachsenen Nerven die Signale aus anderen Körperregionen nicht richtig deuten. In Deutschland arbeiten mittlerweile zahlreiche Wissenschaftler an diesen Aufgaben. Das Bundesforschungsministerium hat 1994 einen Förderschwerpunkt eingerichtet. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft fördert ein Programm „Molekulare Grundlagen neuraler Reparaturmechanismen“.

Einer seiner Initiatoren ist Prof. Mathias Bähr, leitender Oberarzt der neurologischen Universitätsklinik in Tübingen. Er versucht, beschädigte Nervenzellen am Leben zu erhalten. Dafür hat er sich als Modellsystem nicht das komplizierte Rückenmark mit seinem Gewirr aus auf- und absteigenden Bahnen ausgesucht, sondern das etwas einfachere Sehsystem.

Bähr untersucht, was mit den Nervenzellen im Auge passiert, wenn der Sehnerv beschädigt wird. „Wir wissen mittlerweile sehr genau, wie viele Neurone sterben, welche überleben und wie lange. Nun wollen wir herausfinden, was da molekularbiologisch und genetisch geschieht.

Und wir haben begonnen, Strategien gegen den Zelltod zu entwikkeln und das Wachstum anzuregen.“

Manche Forscher versuchen, die Enzyme, die die Zelle in den Selbstmord treiben, biochemisch zu blockieren. Andere gehen den umgekehrten Weg und setzen Wachstumsfaktoren zu, sogenannte Neurotrophine. „Injiziert man solche Faktoren ins Auge, bleiben sehr viel mehr Nervenzellen nach einer Verletzung am Leben“, erklärt Claudia Stürmer, Biologieprofessorin an der Universität Konstanz. Den Neuronen eine stimulierende Umgebung zu liefern, ist der dritte Weg. Dazu verpflanzen Forscher nicht nur periphere Nerven oder Schwannzellen ins Zentralnervensystem, sondern auch Teile embryonaler Nerven.

Gute Heilungserfolge erzielte vergangenen Herbst Geoffrey Raisman vom National Institute for Medical Research in London. Er durchtrennte bei Ratten Teile des Rückenmarks und injizierte Hüllzellen aus dem Riechzentrum des Gehirns in die Verletzungsstelle. Das Riechzentrum ist die einzige Gehirnregion, deren Nervenzellen sich ständig erneuern. In Gegenwart der Zellen aus dem Riechhirn wuchsen die Nerven im Rückenmark wieder, und die neuen Fasern fanden sogar die früheren Anknüpfungspunkte. Einige der vorher gelähmten Tiere konnten ihre Vorderpfoten wieder fast so gut bewegen wie gesunde Artgenossen. Nun suchen die Wissenschaftler nach den Molekülen, die das zielgerichtete Wachstum steuern.

Einen Schritt weiter scheint bei ähnlichen Versuchen der amerikanische Neurologe Prof. Carl Hellerquist von der Vanderbilt-Universität zu sein. Er veröffentlichte soeben die Ergebnisse aus Versuchen mit experimentell gelähmten Mäusen, denen er ein Medikament namens CM101 gespritzt hatte. Es verhindert, daß sich an den verletzten Nervensträngen Narben bilden, die das Zusammenwachsen durchtrennter Nervenfasern blockieren. Mit CM101 verbanden sich die Nerven wieder: 25 von 26 Versuchsmäusen konnten nach zwei Wochen wieder laufen.

Die Biologen um Martin Schwab in Zürich versuchen dagegen weiterhin, die wachstumshemmenden Proteine im Zentralnervensystem unschädlich zu machen. Sie haben einen Antikörper gegen diese Hemmstoffe entwickelt. Experimentell gelähmte Ratten, die diesen Antikörper bekamen, konnten wieder laufen. Die durchschnittenen Nervenfasern im Rückenmark wuchsen mit dem Hemmstoff-Hemmer besser. Das stimmt die Wissenschaftler optimistisch: Vielleicht ist es doch eines Tages möglich, Querschnittslähmungen zu heilen.

Schwab ist zur Zeit dabei, die molekulare Struktur der Proteine im Detail zu klären, die das Nervenwachstum hemmen, und das Gen zu finden, das die Bauanleitung dafür trägt. Wenn man weiß, wie das Hemmprotein aussieht, kann man einen Antikörper basteln, der es gezielt ausschaltet.

Inzwischen steht fest, daß sich die Hemmstoffe bei Ratte und Mensch kaum unterscheiden. Das läßt hoffen, die Resultate dieser Forschung vom Versuchstier auf den Menschen übertragen zu können.

Für die nötigen Tests braucht Schwab einen Partner in der Pharmaindustrie. „Das können wir als Uni- Labor gar nicht machen“, erklärt er und fügt hinzu: „Es ist noch ein weiter Weg, aber immerhin – wir gehen die ersten Schritte.“

Auch Nicole geht wieder – auf einem Laufband an der Klinik Langensteinbach bei Karlsruhe. Im vergangenen Oktober, ein halbes Jahr nach ihrem Unfall, begann sie mit der neuartigen Therapie. Ein Fallschirmgurt, an der Decke der Sporthalle befestigt, hielt sie aufrecht. Unter ihr setzte sich das Band langsam in Gang – und tatsächlich, obwohl sie ihre Beine willentlich kaum bewegen kann, machten die gelähmten Glieder plötzlich Laufbewegungen. Die Krankengymnasten, die die Beine der Patienten führen und die Gehreflexe auslösen, indem sie fest in die Muskeln kneifen, brauchen jedoch eine gründliche Schulung.

„Es reicht allerdings nicht, einen Querschnittsgelähmten aufs Band zu stellen“, betont Prof. Anton Wernig, Neurophysiologe an der Universität Bonn, der das Verfahren entwickelt hat. Im Rückenmark gibt es nämlich Gehprogramme, die unabhängig vom Gehirn funktionieren. Der Anstoß zum Gehen kommt zwar von oben, die Gehbewegung selbst ist aber auch in Nervenschaltkreisen des Marks gespeichert. Stimulans von außen, zum Beispiel die Belastung der Beine und das „Gegangenwerden“ durch die Gymnasten auf dem Laufband, können diese Programme aktivieren – und, wie Wernigs Erfahrungen zeigen, durch Training auch verstärkt werden.

Eine Regeneration zerstörter Nerven kann das Training freilich nicht erreichen. Aber es kann Teilgelähmte wieder ein wenig auf die Beine bringen, wie eine kürzlich abgeschlossene Untersuchung an 76 Patienten belegt. Einige zuvor an den Rollstuhl gefesselte Menschen konnten an Krücken oder an einer Gehhilfe auf Rollen zumindest wieder ein paar Meter weit selbständig gehen.

Weil Nicole fast vollständig gelähmt ist, wird ihr die Laufbandtherapie wohl wenig helfen – auch wenn Wernig schon vergleichbar schwer verletzte Menschen erlebt hat, deren Zustand sich deutlich verbesserte. Die neuen Ergebnisse der Nervenforscher aber lassen auch Nicole auf eine Zukunft ohne Rollstuhl hoffen.

Lebende Leitungskabel – die Nervenbahnen Zum Zentralnervensystem (ZNS) gehören die Zellen des Gehirns und des Rückenmarks. Die peripheren Nervenzellen stehen in direktem Kontakt mit der Haut, den Sinnesorganen und den Muskeln in den Gliedmaßen und im Rumpf. Die periphereNerven wandeln Sinnesreize wie Druck, Licht und Schall in elektrische Impulse um und leiten sie an das Zentralnervensystem weiter.

Umgekehrt aktivieren sie die entsprechenden Muskeln, wenn das ZNS entschieden hat, wie zu reagieren ist: „Heiß – Finger wegziehen“. Der Grundbauplan einer Nervenzelle ähnelt einem Elektrokabel mit Verbindungselementen an beiden Enden, den Endplatten. Der Zellkörper enthält den Zellkern mit den Erbanlagen. Am Zellkörper können je nach Funktion mehrere Ausläufer entspringen: kurze, vielfach verzweigte, die Kontakt mit anderen Nervenzellen halten, die Dendrite, und eine lange Faser, das Axon, das beim Menschen über einen Meter lang werden und vom Gehirn bis zu den Wirbeln im unteren Rückgrat reichen kann, oder von den Rückenwirbeln bis in die Finger. Die Axone sind beim Säugetier umhüllt von Gliazellen. Sie schützen und ernähren die Axone. Im peripheren Nervensystem heißen diese Hüllzellen Schwannsche Zellen, im Gehirn und im Rückenmark Oligodendrozyten. Gliazellen wickeln sich in mehreren Lagen um die Nervenfasern und produzieren die fetthaltige Myelinhülle.Das Myelin isoliert die reizleitende Nervenbahn von der Umgebung wie der Kunststoffmantel das Kupferkabel.

Warum kann der Goldfisch, was der Mensch nicht kann? Nicht bei allen Wirbeltieren ist das Zentralnervensystem so unfähig zur Regeneration wie beim Menschen. Fische zum Beispiel können niemals querschnittsgelähmt sein – ihre Nerven wachsen bei Verletzungen problemlos nach. Claudia Stürmer, Professorin für Biologie an der Universität Konstanz, versucht zu beantworten, warum. Sie vergleicht die Axonregeneration bei Gold- und Zebrafischen mit denen von Ratten. Die müssen als Säugetiere bei den Versuchen als Stellvertreter des Menschen dienen.

Stürmer fand, daß sich bestimmte Zellen – die Oligodendrozyten – im Zentralnervensystem der Fische ganz anders verhalten als beim Menschen. Wird ein Nervenfortsatz im Rückenmark eines Fisches gekappt, wandern die Oligodendrozyten zur Bruchstelle und schütten dort Wachstumsfaktoren aus. Wenn der neue Nerventrieb über seine Helfer hinweggewuchert ist, stellen sie diese Funktion wieder ein. Zudem fehlen den Fisch-Oligodendrozyten die Hemm-Proteine, die in Säugetieren das Wachstum der Nerven verhindern.

Carola Hanisch

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