Umbilical cord-derived mesenchymal stromal cells attenuate neurogenic degeneration in infantile acute encephalopathy mice

Stellen Sie sich das Gehirn als eine geschäftige, hochtechnisierte Stadt vor, in der Milliarden winziger Arbeiter (Neuronen) dafür sorgen, dass das Licht brennt, der Verkehr fließt und die Musik spielt. Normalerweise läuft diese Stadt reibungslos, aber manchmal zieht ein gewaltiger Sturm auf. In der realen Welt kann dieser Sturm eine schwere Infektion oder ein Fieber sein, das einen außer Kontrolle geratenen elektrischen Sturm im Gehirn auslöst, der als Krampfanfall bezeichnet wird. Wenn dies geschieht, eilen die Notfallkräfte der Stadt (Immunzellen namens Mikroglia) herbei. Doch manchmal geraten sie in Panik und richten dabei mehr Schaden an als der Sturm selbst, indem sie Gebäude niederreißen und die Stadt in Trümmern zurücklassen. Dies ist ein Zustand, der als infantile akute Enzephalopathie bekannt ist – eine beängstigende Situation für Säuglinge, bei der das Gehirn entzündet und geschädigt wird, was oft zu langfristigen Gedächtnis- oder Verhaltensproblemen führt. Wissenschaftler haben nach einem Weg gesucht, diese Notfallkräfte zu beruhigen, ohne sie komplett auszuschalten, in der Hoffnung, einen „Friedensstifter“ zu finden, der das Chaos stoppen und der Stadt helfen kann, sich wieder aufzubauen.

Hier kommt die Nabelschnur ins Spiel. Man mag sie nur als biologische Verbindung betrachten, die das Baby einst mit der Mutter verband, aber Wissenschaftler haben entdeckt, dass sie auch eine Schatzkiste voller „Reparaturtrupps“ namens mesenchymaler Stromazellen (MSCs) ist. Betrachten Sie diese Zellen als superkraftstarke Sanitäter, die nicht nur Wunden flicken, sondern auch mit den panischen Notfallkräften kommunizieren und ihnen befehlen können, die Waffen zu senken, von den „Angriffsmodus“ in den „Reparaturmodus“ zu wechseln und die Entzündung zu stoppen. Diese Studie, geleitet von Forschern der Universität Tokio und Human Life Cord Japan Inc., stellte eine große Frage: Können diese Reparaturtrupps aus der Nabelschnur das Gehirn eines Babys retten, wenn es unter dem Angriff eines schweren Krampfanfall-Sturms steht?

Um dies herauszufinden, bauten die Forscher in einem Labor eine winzige, simulierte Version dieser Katastrophe. Sie verwendeten Baby-Mäuse (nur 15 Tage alt, was einem menschlichen Säugling entspricht) und verpassten ihnen eine zweifache Dosis Ärger. Zuerst injizierten sie eine Substanz namens Poly(I:C), um eine Virusinfektion nachzuahmen, und drei Stunden später fügten sie eine Chemikalie namens Kaininsäure (KA) hinzu, um einen schweren, langanhaltenden Krampfanfall auszulösen. Diese Kombination erzeugte einen „perfekten Sturm" in den Gehirnen der Mäuse und verursachte Krampfanfälle, die lange genug dauerten, um gefährlich zu sein, genau wie die menschliche Erkrankung, die sie modellieren wollten.

Sobald die Krampfanfälle begannen, warteten die Forscher sechs Stunden lang und führten dann ihren Helden ein: humane, aus der Nabelschnur gewonnene mesenchymale Stromazellen (UC-MSCs). Sie injizierten diese Zellen direkt in die Schwänze der Mäuse, damit sie über den Blutkreislauf zum Gehirn gelangen konnten. Die Ergebnisse waren wie das Beobachten eines chaotischen Aufruhrs, der sich in einen ruhigen Bauplatz verwandelt. Bei den Mäusen, die zwar die Krampfanfälle erlitten, aber keine Reparaturtrupps erhielten, zeigte das Gehirn Anzeichen schwerer Schädigung. Winzige Neuronen starben ab, und die Notfallkräfte (Mikroglia) waren geschwollen, wütend und mit „Trümmern“ bedeckt, was aussah, als befänden sie sich in einem Rausch. In den Mäusen jedoch, die die UC-MSCs erhielten, war der Schaden signifikant geringer. Die Zahl der sterbenden Neuronen sank, und das Gehirn sah viel gesünder aus.

Aber hier ist der knifflige Teil, den die Arbeit sehr deutlich macht: Die Reparaturtrupps brachten die Notfallkräfte nicht dazu, nicht mehr aufzukreuzen. Tatsächlich war die Anzahl der Mikroglia in den behandelten Mäusen genauso hoch wie in den unbehandelten. Der Unterschied lag nicht darin, wie viele es waren, sondern darin, was sie taten. Die UC-MSCs schienen die Stimmung der Mikroglia zu verändern. In den unbehandelten Mäusen befanden sich diese Zellen im „Kriegsmodus" und pumpten toxische Chemikalien aus, die das Gehirn verletzten. In den behandelten Mäusen wirkten die UC-MSCs wie eine beruhigende Stimme, die die Mikroglia davon überzeugte, in den „Friedensmodus" zu wechseln. Sie hörten auf, toxische Chemikalien zu produzieren, und begannen statale, hilfreiche Substanzen zu produzieren, die die Heilung unterstützen.

Die Forscher beobachteten auch das Verhalten der Mäuse zu einem späteren Zeitpunkt im Leben. Die Mäuse, die Krampfanfälle ohne Behandlung hatten, wurden hyperaktiv, rannten herum, als hätten sie zu viel Energie und könnten sich nicht konzentrieren – ein Verhalten, das Ähnlichkeiten mit Aufmerksamkeitsstörungen beim Menschen aufweist. Aber die Mäuse, die die UC-MSC-Behandlung erhielten, waren viel ruhiger. Sie rannten nicht so viel herum und schienen eine bessere Kontrolle über ihre Bewegungen zu haben. Dies deutet darauf hin, dass die Reparaturtrupps durch die Beruhigung der Gehirnentzündung in einem frühen Stadium geholfen haben, langfristige Verhaltensprobleme zu verhindern.

Die Studie betrachtete nicht nur das gesamte Gehirn, sondern zoomte auch hinein, um zu sehen, wie diese Zellen miteinander kommunizieren. In einem Experiment in einer Petrischale züchteten sie Gehirn-Immunzellen und setzten sie denselben „Sturm"-Chemikalien aus. Als sie die UC-MSCs hinzufügten, veränderten die Immunzellen physisch ihre Form. Anstatt wie runde, wütende Klumpen (amöboide Form) auszusehen, entwickelten sie lange, verzweigte Arme (verzweigte Form), was ein Zeichen dafür ist, dass sie hilfreich und ruhig wurden. Die Zellen änderten auch ihre interne Chemie, indem sie die Gene ausschalteten, die sie wütend machen, und die Gene einschalteten, die ihnen helfen zu heilen.

Die Arbeit ist jedoch vorsichtig damit, noch kein Wunderheilmittel zu versprechen. Die Forscher weisen darauf an, dass sie zwar sehr vielversprechende Ergebnisse erzielten, aber eine spezifische Dosis an Zellen verwendeten, die für Menschen recht hoch sein könnte, und eine Maus während der Injektion eine schlechte Reaktion zeigte. Sie deuten an, dass dieser Ansatz zwar wie ein sehr starker Kandidat für die Behandlung dieser schweren Gehirnstürme aussieht, aber weitere Arbeiten nötig sind, um die perfekte Dosis und den perfekten Zeitpunkt zu ermitteln. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass diese Nabelschnurzellen ein mächtiges Werkzeug sein könnten, um das Gehirn daran zu hindern, sich während eines Krampfanfalls selbst auszubrennen, aber dies ist ein Vorschlag basierend auf Mausmodellen und kein endgültiges Urteil für menschliche Patienten. Der Weg von einer Labormaus zu einem menschlichen Baby ist lang, aber diese Forschung beleuchtet eine sehr helle Straße auf diesem Weg.