Pressekonferenz 2002

Thanos

Im Tierversuch gelungen: Durchtrennter Sehnerv leitet wieder Bilder ans Gehirn

Hintergrund:    
Der Sehnerv ist ein Teil des zentralen Nervensystems (ZNS) und zwar der Einzige außerhalb der Schädelknochen. Er besteht aus Millionen Nervenfasern der retinalen Ganglienzellen. Sie verbinden die Netzhaut mit visuellen Verarbeitungszentren im Gehirn. Die Ganglienzellen sind den fotosensitiven Fotorezeptoren und weiteren Zwischenneuronen nachgeschaltet und gewährleisten, dass Informationen über die Umwelt wie Ortsbeziehung, Farben, Kontrast, Bewegung usw. über den Sehnerv ans Gehirn weitergeleitet werden.

Verletzungen entlang des Sehnervs, die mit der Zerstörung und Unterbrechung der Ganglienzellfasern einhergehen wie traumatische Durchtrennungen, tumorbedingte Kompressionen oder glaukomatöse Zerstörung des Sehnervenkopfs führen zu entsprechenden Funktionsstörungen bis hin zur Erblindung. Eine Durchtrennung des Sehnervs gilt bis dato als nicht therapierbar, weil die Nervenfasern am Ort der Verletzung nicht spontan nachwachsen können und weil ihre betroffenen Ganglienzellkörper in der Netzhaut degenerieren und nicht durch ihresgleichen ersetzt werden können.

Diese nicht regenerativen Eigenschaften zentraler Nervenbahnen, die für den Sehnerv typisch sind, stehen im Gegensatz zu peripheren Nervenbahnen. Bei Letzteren können nach einer Durchtrennung spontan Fasern nachwachsen, wobei auch funktionelle Verbindungen wieder hergestellt werden, zum Beispiel mit der Muskulatur oder anderen Zielgebieten. Somit bleibt die Degeneration der Nervenzellen aus und es kommt zu einer sinnvollen Reparatur.

Ziele der Forschung:
Man konzentrierte sich in den letzten Jahrzehnten auf mehrere Aspekte der Traumatologie des Sehnervs, zumal er als einziger extrakranieller Teil des ZNS experimentell relativ zugänglich ist. Diese Aspekte waren:
1) Worin besteht die unterschiedliche Reaktion des ZNS und des PNS (des peripheren Nervensystems) nach einer identischen Verletzung?
2) Was behindert die Sehnervenfasern bei ihrer Regeneration? Welches sind die Signale, die von der Verletzungsstelle aus die Degeneration der Zellen induzieren?
3) Wie funktioniert der intrazelluläre Mechanismus der Degeneration und wie kann man ihn beeinflussen?
4) Ist die Regeneration doch möglich und wenn ja, über welche Manipulationen? Wie effektiv ist sie?

Ergebnisse der bisherigen Forschung:  
1) Man erkannte früh, dass sich zentrale und periphere Nerven durch ihre Hüllensubstanz, die Glia, unterscheiden. Dort findet man in den peripheren Nerven sog. Schwannsche Zellen, die neurotrope Substanzen produzieren und nach einer Verletzung freisetzen, womit der Regenerationsvorgang unterstützt wird. In zentralen Nerven findet man Zellen (Oligodendrozyten), die hemmende Substanzen (Neuriteninhibitoren) produzieren und bei einer Verletzung vor Ort freisetzen.

2) Auch im Sehnerv wirken die hemmenden Substanzen und verhindern ein Nachwachsen der Fasern unter normalen Bedingungen.
Die von der Verletzungsstelle in den Zellkörper transportierten Stoffe sind wahrscheinlich Eiweißstoffe, die in den Zellen eine Degeneration einleiten.
3) Der intrazelluläre Mechanismus der Degeneration ist wahrscheinlich eine apoptotische Kaskade, d.h. eine zu Grunde gehende Zelle programmiert den Zelltod der benachbarten Zellen. Daran sind mehrere Enzyme beteiligt.
4) Die Regeneration des inneren Nervenfadens, des Axons, ist unter bestimmten Bedingungen möglich.

Beim Transplantationsmodell im Tierversuch wurde erreicht, dass man die hemmende Umgebung des Sehnervs umgehen kann, indem man ein Stück eines peripheren Nervs (z.B. eines Beinnervs) an einer experimentell zugefügten Durchtrennung des Sehnervs annäht. Dies führt dazu, dass die Stümpfe der Fasern nun eine regenerationsfördernde Umgebung antreffen. Sie können tatsächlich in ein solches Transplantat hineinwachsen und erreichen mehrere Millimeter Länge. Verbindet man das andere Ende des Transplantats mit bestimmten visuellen Verarbeitungszentren, treten mit der Zeit Fasern aus dem Transplantat in die Hirnsubstanz aus und es kommt zur Bildung funktionsfähiger Synapsen. Die Zahl der auf diese Weise zur Regeneration gelangten Fasern beträgt ca. 20 Prozent aller durchtrennten Fasern. Bestimmte visuelle Funktionen wie Pupillenreaktion, Hell-Dunkelunterscheidung und Erkennen einfacher Raummuster werden mit dieser Technik wieder hergestellt.

Der beschriebene Weg ist erfolgreich im Tierversuch und gibt den Forschern vor allem deshalb Hoffnung, weil er zeigt, dass Regeneration überhaupt möglich ist. Das visuelle System des Menschen ist allerdings in seinem Verlauf und in seiner Verschaltung viel komplizierter als das von Labortieren. Es bedarf noch weiterer chirurgischer Verfeinerungen, ehe man ähnliche Techniken beim Menschen als Therapie anwenden kann. Die Tatsache allerdings, dass eine massive Nervenregeneration stattfindet, gibt Anlass zur Hoffnung. Das Verständnis der Mechanismen der verletzungsbedingten Degeneration und die Möglichkeit, die Moleküle zu identifizieren, die zur Regeneration bestimmt sind, werden dazu beitragen, dass gentechnische Verfahren entwickelt werden können, um diese Moleküle den verletzten Zellen anzubieten. Dies hätte zur Folge, dass ihre Axone in ihrer natürlichen Umgebung nachwachsen könnten.

Im spontanen Regenerationsmodell im eigenen Sehnerv wurden bereits die angesprochenen Moleküle zum Teil identifiziert und im Tierversuch angewandt. Wir fanden regenerationsfördernde Substanzen in der Augenlinse, einem Gewebe, das sich durch einen hohen Gehalt an zellschützenden Stoffen auszeichnet. Sie dienen dazu, fototoxischen Stress durch die einfallende UV-Strahlung zu neutralisieren. Verwendet man die gleichen Substanzen in der Netzhaut nach einer kompletten Durchtrennung des Sehnervs, so werden auch die Ganglienzellen ähnlich geschützt und die Zellen überleben die Verletzung. Werden bei diesem Experiment die beiden Schnittenden des Sehnervs mikrochirurgisch adaptiert, wachsen tatsächlich die proximalen, d.h. die dem Gehirn näheren Stümpfe, in den distalen, den dem Gehirn ferneren Nerv ein und erreichen nach gewisser Zeit das Gehirn, indem sie innerhalb der natürlichen präformierten visuellen Bahn wachsen. Dieses Modell ist neu und es bedarf weiterer Analysen, um vor allem herauszufinden, wie die Ganglienzellen zur Regeneration stimuliert werden und wie die ansonsten hemmende Umgebung des Sehnervs neutralisiert wird. Auch diese Befunde sind ermutigend, nicht zuletzt, weil sie zeigen, dass die nächste Zeit viel neues Wissen zur Traumatologie des Sehnervs und seiner Regenerationsfähigkeit bringen wird.

Fazit: Noch ist nicht vorhersehbar, in welcher Form und wann die Ergebnisse aus der Münsteraner Forschung eine klinische Relevanz erlangen. Wichtig ist festzuhalten, dass der Sehnerv im Tierversuch wachsen kann.

Professor Dr. med. Solon Thanos
Klinik und Poliklinik für Augenheilkunde
Abteilung für Experimentelle Ophthalmologie
der Westfälischen Wilhelms-Universität
Domagkstraße 15
Tel.: 0251-83-56915 Fax: 0251-83-56916
E-Mail:solon@uni-muenster.de

Glossar



Neuron Nervenzelle mit Fortsätzen
Axon oft lang ausgezogener, der Reizleitung dienender Fortsatz der Nervenzellen
Ganglienzelle das dritte Neuron, das mit einem langen Fortsatz (Axon) über den Sehnerv Lichtimpulse ins Gehirn leitet
Synapse Kontakt-, Umschaltstelle zwischen Nervenfortsätzen, an der nervöse Reize von einem Neuron auf ein anderes weitergeleitet werden
Fotorezeptor das erste Glied der Lichtaufnahmekette in der Netzhaut. Lichtquanten werden in den Fotorezeptoren in elektrische Signale umgewandelt und über das zweite Neuron der Netzhaut an die Ganglienzellen weitergeleite
Apoptosis das programmiert ablaufende "Wegfallen" von Zellen. Sobald bestimmte Signale erkannt werden, führen spezifische Todesrezeptoren zu kaskadenartig verlaufenden Abbauvorgängen und somit zum Zelltod
Schwannsche Zellen Gliazellen des peripheren Nervensystems, die die Myelinscheide bilden
Gliazellen Hüll- und Stützgewebe des Nervensystems
Oligodendrozyten die entsprechenden Gliazellen im ZNS sind für die Myelinscheide auch des Sehnervs zuständig
Myelinscheide Markscheide; Umhüllung des Achsenzylinders eines Neurons
Pupillenreaktion wird als Zeichen intakter Weiterleitung von Impulsen von der Netzhaut zum Gehirn bewertet
Regeneration darunter versteht man einerseits den Ersatz untergehender Zellen durch ihresgleichen. Dieser findet im ZNS nicht statt.
Andererseits versteht man darunter das Wiedereinsprossen von durchtrennten Nervenfasern (Axonen), wie von den Münsteraner Forschern beschrieben