IST Austria

Ketamin und Lichtflimmern verjüngen das Gehirn von Mäusen

Im erwachsenen Gehirn fixieren sogenannte perineuronale Netze bestehende Verbindungen zwischen bestimmten Neuronen und ermöglichen so, Erinnerungen lange zu speichern. Dagegen können in der frühen Hirnentwicklung Nervenzell-Verbindungen viel leichter umgestalten werden. Forscher des IST Austria berichten nun im Fachjournal „Cell Reports“, dass bei Mäusen die Behandlung mit Ketamin oder Lichtflimmern diese Netze abbaut. Das Gehirn wird damit verjüngt und wieder plastischer.

red/Agenturen

Der italienische Hirnforscher Camillo Golgi entdeckte bereits vor mehr als 100 Jahren stabile gitterartige Strukturen aus extrazellulärer Matrix, die bestimmte Neuronen einhüllen. Diese perineuronalen Netze (PNN) stabilisieren dadurch bestehende Verbindungen (Synapsen) zwischen den Nervenzellen und verhindern auch, dass sich neue Synapsen bilden.

Narkosemittel Ketamin als Chance?

Vor vier Jahren entdeckte Alessandro Venturino aus der Forschungsgruppe der Neurowissenschafterin Sandra Siegert vom Institute of Science and Technology (IST) Austria in Klosterneuburg (NÖ), dass Mikrogliazellen in Mäusen sehr aktiv werden, nachdem die Tiere mit dem Narkosemittel Ketamin betäubt wurden. Diese Fresszellen gelten als Immunzellen des Gehirns, die schädliche Proteinverbindungen beseitigen, Synapsen zwischen Nervenzellen oder sogar ganze Neuronen entfernen - was häufig in späten Phasen der Alzheimer-Krankheit auftritt.

Die starke Reaktion der Mikroglia auf die Ketamin-Narkose hat die Forscher überrascht, aber sie sahen keine Synapsen oder Neuronen verschwinden. Schließlich wiesen sie nach, dass die Fresszellen PNN abbauten. „Nach nur drei Ketamin-Behandlungen konnten wir einen erheblichen Verlust des perineuronalen Netzes feststellen, der sieben Tage lang anhielt, bevor es wieder aufgebaut wurde“, erklärte Siegert.

Hintergrund ist, dass die Ketamin-Behandlung Veränderungen der Gehirnaktivität (Hirnwellen) im Gamma-Bereich auslösen. „Gehirnwellen im Gamma-Bereich können auch extern ausgelöst werden, indem man Licht in einer bestimmten Frequenz flimmern lässt. Dieses Signal wird dann durch das Auge eins zu eins bis in den visuellen Cortex weitergeleitet“, sagte Siegert zur APA. Daher haben die IST-Forscher versucht, mit Licht unterschiedlicher Frequenz den Mikroglia "Gusto" auf die PNN zu machen.

Licht regt die Mikroglia an

„Es wurde bereits gezeigt, dass Licht, das 40 Mal pro Sekunde - also mit 40 Hertz - flackert, die Mikroglia dazu anregen kann, Plaques zu entfernen, die durch die Alzheimer-Krankheit entstehen", erklärte Venturino. Der Wissenschafter setzte nun Mäuse in eine Box und bestrahlten sie mit zwei Licht-Frequenzen, einmal mit 40 und einmal mit 60 Hertz. Während 40 Hertz keine Auswirkungen auf die PNN hatten, konnte bei der 60-Hertz-Lichtstimulation ein ähnlicher Effekt erzielt werden wie mit Ketamin.

Aktuelle Strategien zur Entfernung von PNN seien langwierig, invasiv und würden neuropsychiatrische Symptome auslösen, schreiben die Wissenschafter in ihrer Arbeit. Sie hoffen, dass das 60-Hertz-Lichtflimmern neue Therapieansätze am Menschen eröffnen.

Hintergrund ist der Umstand, dass Neuronen wieder empfänglich für neue Eindrücke werden und neue Synapsen gebildet werden können, sobald die Blockade durch das PNN abgebaut ist. Diese Wiederherstellung der juvenilen Plastizität des Gehirns bietet verschiedene Anwendungsmöglichkeiten. So könnte man etwa eine Amblyopie genannte Sehstörung behandeln, die durch einen unausgewogenen visuellen Input während der kindlichen Entwicklung verursacht wird und unbehandelt zum dauerhaften Verlust des Sehvermögens führt.

Behandlungsmöglichkeit gegen PTBS?

Denkbar wäre auch, traumatische Erfahrungen zu überschreiben und damit posttraumatische Belastungsstörungen zu behandeln. „Wir sind hier noch vorsichtig, denn in diesem prägenden Fenster könnten auch falsche Informationen gespeichert werden“, so Siegert. Nachdem 40 Hertz die Mikroglia anregt, Plaques zu entfernen und sie sich bei 60 Hertz auf die PNN stürzen, wollen die Wissenschafter auch herausfinden, welche Frequenz Mikroglia „Appetit“ auf welche Strukturen macht.

 

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