Studie kartiert, wie Hirnstimulation Gene in lebendem menschlichem Gewebe verändert

Forschern ist es erstmals gelungen, zu kartieren, wie eine tiefe Hirnstimulation die Genexpression in einzelnen Zelltypen in lebendem menschlichem Hirngewebe verändert. Dies könnte neue Wege zur Behandlung kognitiver Beeinträchtigungen eröffnen.

Vom Patientengewebe zur molekularen Karte

In einer am Mittwoch in Nature veröffentlichten Studie nutzten Wissenschaftler von UCLA Health und dem University of Texas Southwestern Medical Center gespendetes menschliches Schläfenlappengewebe, das nach der chirurgischen Entfernung mehrere Tage lang im Labor am Leben erhalten wurde. Sie wendeten elektrische Stimulationsmuster an, die der tiefen Hirnstimulation ähneln, und verfolgten dann die molekularen Konsequenzen mit Einzelzellauflösung.uclahealth+1

Die tiefe Hirnstimulation, bei der elektrische Impulse über implantierte Geräte abgegeben werden, wird bereits zur Behandlung von Parkinson und Zwangsstörungen eingesetzt. Ihre Auswirkungen auf die verschiedenen Zelltypen im menschlichen Gehirn und die Gene, die diese Zellen als Reaktion darauf aktivieren, wurden bisher jedoch nur an Tieren oder im Labor gezüchtetem Gewebe untersucht.neurosciencenews+1

Das Team entwickelte eine sogenannte "Ex-vivo-Plattform", die die Stimulation mittels Mikroelektroden-Arrays mit gleichzeitiger neuronaler Aufzeichnung und Einzelkern-Genomik integriert. Nach der Stimulation feuerten die Gehirnzellen synchroner, ein Muster, das mit der Gedächtnisbildung assoziiert ist. Die Forscher isolierten anschließend einzelne Zellkerne und katalogisierten die genetische Aktivität jedes Zelltyps.genengnews+1

Astrozyten beteiligen sich an der Reaktion

Zu den bemerkenswerteren Ergebnissen der Studie gehört, dass nicht-neuronale Stützzellen, sogenannte Astrozyten, während der Stimulation ihre eigenen, distinkten genetischen Programme aktivierten, unabhängig von den neuronalen Reaktionen. Neuronen und Astrozyten schalteten jeweils separate Gengruppen ein, was darauf hindeutet, dass die tiefe Hirnstimulation breite Glia-Neuron-Netzwerke einbezieht, anstatt nur die elektrische Aktivität in Neuronen auszulösen.genengnews+1

Die Forscher validierten ihre Laborergebnisse zudem anhand von Gewebe von Patienten, die sich vor einer Operation einer klinischen tiefen Hirnstimulation unterzogen hatten, und bestätigten, dass ähnliche Genexpressionsmuster im lebenden Gehirn auftreten.medicalxpress+1

Auf dem Weg zu Präzisionstherapien

"Indem wir genau verstehen, welche Gene in welchen Zellen während der Stimulation aktiviert werden, können wir beginnen, präzisere Ansätze für die tiefe Hirnstimulation zu entwickeln und diese klinische Strategie möglicherweise durch pharmakologische Therapien zu ergänzen, um den kognitiven Verfall zu verlangsamen", sagte Seniorautorin Genevieve Konopka, Leiterin der Abteilung für Neurobiologie bei UCLA Health.uclahealth+1

Die Forscher räumten ein, dass weitere Arbeiten erforderlich sind, um die Auswirkungen einer Langzeitstimulation zu verstehen, wie aktivierte Zellen ihre Nachbarn beeinflussen und wie tiefere Gehirnregionen, die von lebenden Spendern schwerer zu gewinnen sind, auf molekularer Ebene reagieren.medicalxpress