Abkürzung im Schädel - wissenschaft.de
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Gesundheit+Medizin

Abkürzung im Schädel

Schädeltunnel
Micro-CT-Aufnahme der Schädeltunnel bei einer Maus (Grafik: Gregory Wojtkiewicz/ Massachusetts General Hospital)

Eigentlich ist unser Gehirn nach außen hin fast perfekt abgeschirmt – Schädelknochen und Hirnhäute bilden eine mehrschichtige Trennwand. Doch jetzt haben Forscher Lücken in dieser Barriere entdeckt: Winzige Kanälchen, die vom Knochenmark des Schädels bis an die Hirnhaut reichen. Diese nie zuvor dokumentierten Gänge dienen bei einem Schlaganfall oder anderen Hirnschäden bestimmten Immunzellen als Abkürzung: Sie wandern dann direkt vom Schädelknochen ins Gehirn ein – eine unerwartete Entdeckung.

Wenn irgendwo in unserem Körper eine Verletzung, Infektion oder Entzündung auftritt, reagiert das Immunsystem sofort. Es setzt aus dem Knochenmark spezielle Abwehrzellen frei, darunter auch Neutrophile, einen bestimmten Typ weißer Blutkörperchen. Diese Immunzellen dienen als „Ersthelfer“ und verteidigen das betroffenen Organ gegen Infektionen, lösen aber auch ihrerseits Entzündungen aus oder zerstören Zellen und Gewebe. Das gilt auch für Schäden im Gehirn, die beispielsweise bei Schlaganfällen oder akuten Hirnentzündungen ausgelöst werden. Gängiger Theorie nach werden die Neutrophilen dann vom Knochenmark verschiedenster Körperregionen freigesetzt und mit dem Blut an ihren Wirkort gebracht – in diesem Fall das Gehirn. „Wir haben bisher gedacht, dass das Knochenmark des gesamten Körpers auf eine Infektion oder einen Schaden reagiert“, sagt Co-Autor Mathias Nahrendorf von Harvard Medical School.

Immunzellen nehmen die Abkürzung

Doch wie sich nun zeigt, ist das im Falle eines Schlaganfalls oder anderer Hirnschäden offenbar nicht der Fall. Für ihre Studie hatten Nahrendorf, Erstautorin Fanny Herisson und ihr Team von der Harvard Medical School in Boston untersucht, wie und woher die Neutrophilen nach einem Schlaganfall ins Gehirn einwandern. Dafür markierten die Forscher diese Immunzellen im Knochenmark des Beines und des Schädels von Mäusen mit einem jeweils anderen Farbstoff. Dann verursachten sie bei den Tieren einen Schlaganfall und beobachteten welche Neutrophilen sich an der „Unfallstelle“ im Gehirn sammelten. Stimmt die gängige Lehrmeinung, dann müssten Abwehrzellen aus beiden Quellen etwa gleichermaßen vertreten sein.

Das Ergebnis: „Wir haben festgestellt, dass das Schädelknochenmark signifikant mehr Neutrophile in die vom Schlaganfall betroffenen Hirnregion geschickt hat als das Beinknochenmark“, berichten die Forscher. Die meisten dieser „Ersthelfer“ des Immunsystems kamen damit direkt von nebenan: aus dem Schädel selbst. Anders war dies beispielsweise, wenn die Mäuse einen Herzinfarkt erlitten: Im Herzen waren dann nahezu gleich viele Immunzellen aus Kopf und Bein vertreten. „Das deutet darauf hin, dass diese Immunzellen eine Art Abkürzung nehmen müssen“, sagen die Wissenschaftler. Denn wenn die Neutrophilen wie bisher angenommen durch das Herz-Kreislauf-System verteilt werden, müssten auch die Zellen aus dem Schädelknochenmark erst über das Herz und die Arterien durch den halben Körper kreisen. Doch statt diesen Umweg zu nehmen, schienen die Immunzellen direkt vom Schädelknochen ins Gehirn gelangt zu sein – aber wie?

Winzige Tunnel im Schädelknochen

Um das herauszufinden, untersuchten die Wissenschaftler mithilfe eines Mikroskops die Feinstruktur des Schädelknochens. „Wir haben die Schädel sehr sorgfältig untersucht, aus allen Winkeln, um herauszufinden, wie die Neutrophilen ins Gehirn gelangen konnten“, berichtet Nahrendorf. „Dabei entdeckten wir winzige Kanälchen, die das Knochenmark direkt mit der äußeren Haut des Gehirns verbinden – das war völlig unerwartet.“ Bei den Mäusen hatten diese Knochentunnel einen Durchmesser von knapp 22 Mikrometern und in ihnen waren eindeutig Neutrophile nachweisbar, wie die Forscher berichten. Diese Immunzellen bewegten sich in den Kanälchen gegen die Fließrichtung des Blutes auf das Gehirn und die vom Schlaganfall geschädigten Bereiche zu. Nähere Analysen ergaben, dass die Neutrophilen dabei offenbar sogar die Hirnhaut passieren konnten – eine Barriere, die unter normalen Umständen undurchlässig für sie ist.

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Nach Ansicht der Forscher eröffnet die Entdeckung dieser Kanäle ganz neue Forschungsfragen. „Wir müssen noch eine Menge über diese Tunnel lernen“, sagt Nahrendorf. „Offenbar spielen sie eine ganz andere Rolle als gewöhnliche Gefäße. Sie scheinen als direkte Leitungen für die Kommunikation zwischen dem Zentral-Nervensystem und dem Knochenmark zu dienen.“ Spannend ist dies vor allem deshalb, weil diese Mikrotunnel auch bei uns Menschen existieren. Das zeigte sich, als die Forscher Schädelteile von drei Patienten untersuchten, denen bei Operationen des Gehirns vorübergehend der Schädel geöffnet werden musste. „In allen drei Proben identifizierten wir ähnliche Kanälchen – wenngleich ihr Durchmesser rund fünfmal größer war als bei den Mäusen“, berichten Herisson und ihre Kollegen. Die neuentdeckten Verbindungen zwischen dem Schädel-Knochenmark und dem Gehirn könnten demnach auch bei uns eine wichtige Rolle für die Immunreaktion nach einem Schlaganfall oder anderen Hirnschädigungen spielen.

Fanny Herisson (Harvard Medical School, Boston) et al., Nature Neuroscience, doi: 10.1038/s41593-018-0213-2

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