Bereich: Grundlagenforschung Neurowissenschaften

Dr. Anne McKinney Zürich

McKinney RA, Debanne D, Gähwiler BH, Thompson SM (1997)
Hyperexcitability and lesions induced sprouting in hippocampal CA3 area: implications for the genesis of posttraumatic epilepsy
Nature Medicine 3: 990-996.

Das Vorkommen von Epilepsie bei Menschen ist hoch und liegt bei einem Epileptiker auf 200 Personen der Bevölkerung, also eine der am häufigsten vorkommenden neurologischen Störungen. Epilepsie ist durch plötzliche, wiederkehrende Perioden gekennzeichnet, während denen die elektrische Aktivität von vielen Tausenden von Nervenzellen ansteigt und pathologisch synchronisiert ist. Als solches ist die Epilepsie nicht eine eigentliche Krankheit, sondern eher ein Symptom irgend einer ursächlichen Störung der Gehirnfunktion. Es gibt viele verschiedene Formen der menschlichen Epilepsie, die unterschieden werden können, basierend darauf, wo das Gehirn die synchronisierte Entladung auslöst und ob es sich von einer Gehirnzone zu einer anderen ausbreitet. In der allgemeinsten Form von Epilepsie entsteht die synchronisierte Entladung innerhalb oder nahe bei einer Gehirnregion, die Hippocampus genannt wird. Normalerweise besteht im Gehirn ein delikates Gleichgewicht zwischen Erregung und Dämpfung, und jede Verlagerung in Richtung von Erregung führt zum Auftreten einer synchronisierten Entladung, besonders im Hippocampus.

Weil nun die Sachlage ganz klar zu kompliziert ist, um sie in einem menschlichen oder tierischen Experiment zu analysieren, ist es uns kürzlich gelungen, ein System zu entwickeln, bei welchem wir ein geschädigtes Gehirn simulieren können, das posttraumatische Epilepsie entwickelt, indem wir Gehirngewebe verwenden, das in einer Teströhre (in vitro) isoliert ist. Bei diesem in vitro-Modell der neuronalen Beschädigung waren wir imstande, die zugrunde liegende Ursache der posttraumatischen Epilepsie zu identifizieren, eine Frage also, die schon viele Jahre auf eine Antwort wartete. Der medizinische Fortschritt hängt von der Entwicklung guter experimenteller Modelle ab, die imstande sind, möglichst viele Eigenheiten der Krankheit zu reproduzieren. Es wurden Gewebeschnitte des Hippocampus verwendet, weil es diese Region des Gehirns ist, in welcher die synchronisierte Entladung, die bei Epilepsie beobachtet wird, oft entsteht. Wir wollten ein Gehirntrauma an der Gewebeprobe simulieren, indem wir Nervenfibern mit dem Skalpell durchtrennten. Nachdem wir den Gewebeproben eine Erholung in verschieden langen Zeitperioden gestatteten, wurden die Nervenzellen in den Gewebeproben getestet, um zu sehen, ob diese eine epileptische Entladung zeigen. Dies wurde erreicht, indem die elektrischen Aktivitäten in einzelnen Nervenzellen aufgenommen wurden. Im Gegensatz zu normalem Gewebe haben die erkrankten Gewebe eine dramatische Zunahme im Grad der Erregungsübertragung gezeigt, und bei einigen Vorfällen wurden spontane epileptische Ausbrüche beobachtet. Überraschenderweise waren wir imstande, ein epileptisches Gehirn in der Teströhre zu simulieren, indem wir ihm eine Verletzung (also ein Trauma) beifügten. Dies gestattete uns, den möglichen Mechanismus zu erforschen, der bei der Zufügung der posttraumatischen Epilepsie beteiligt ist.

Zuerst wurde einzelnen Nervenzellen ein Färbemittel eingespritzt, um diese Zellen und deren Prozesse sichtbar zu machen. Viele Abzweigungen von neuronalen Zell-Fibern in den verwundeten Gewebeproben konnten gesehen werden, wie sie in einer atypischen mäandernden Art ohne irgendwelche Hauptrichtung wuchsen.

Wir wollten feststellen, ob sich diese Abzweigungen der Nervenfibern, die nach der Verletzung beobachtet wurden, neu ausgebildet haben. Wir verwendeten eine Färbemethode mit einer Markierung, welche spezifisch die regenerierenden Nervenfibern aufzeigten. Zahlreiche mäandernde Nervenfibern, die positiv auf die Markierung reagierten, waren in der Nachbarschaft der Verletzung sichtbar. In den Vergleichsproben konnten keine gekennzeichneten Fibern entdeckt werden. Unsere Arbeitshypothese geht dahin, dass die Generierung von neuen Nervenfibern möglicherweise eine Unausgewogenheit zwischen Erregung und Dämpfung auslöst, indem die Anzahl der erregenden Interaktionen zwischen den Zellen erhöht wird. Diese Hypothese wurde bestätigt, wenn wir gleichzeitig solches von Paaren von neuronalen Zellen aufnahmen. Wir haben herausgefunden, dass das Risiko, dass irgend eine Zelle eine andere erregt, bei verletzten Gewebeproben gegenüber normalen Gewebeproben doppelt so gross ist.

In Analogie zu unseren Erkenntnissen nehmen wir an, dass die Entstehung von neuen Nervenfiber-Verbindungen höchstwahrscheinlich nach traumatischen Verletzungen des menschlichen Gehirns erfolgt, und dass diese neuen erregenden Verbindungen zur Entwicklung von posttraumatischer Epilepsie führen, indem das normale empfindliche Gleichgewicht zwischen synaptischer Erregung und Dämpfung gestört wird. Wir erforschen gegenwärtig, welche Faktoren möglicherweise das Wachstum von Nervenfibern regulieren. Unser Ziel ist es, das Spriessen nach traumatischen Kopfverletzungen zu verhindern, welches seinerseits das verzögerte Entstehen von posttraumatischer Epilepsie verhindern sollte.

Die Forschungsarbeit
Posttraumatische Epilepsie: Ein in vitro-Modell	8 Kb