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Die Reserven des Gehirns wecken

Wenn die jungen Krebspatienten vor dem PC sitzen, vergessen sie für einen Augenblick ihre ernste Diagnose: Sie sollen in einem virtuellen Wasserlabyrinth schwimmend den Weg zur rettenden Insel finden. Diesem Spielstress setzen die Neurologen Professor Alexander Storch und Doktor Moritz Brandt junge Erwachsene aus, die an der akuten lymphatischen Leukämie erkrankt sind – in einem Alter, in dem ihr Gehirn die optimale Leistungsfähigkeit erreicht hat. Doch das Gehirn wird unter der anstehenden Chemotherapie leiden: Die aggressive Chemotherapie greift nicht nur die krankhaft veränderten Zellen im Knochenmark an, sondern vermutlich auch Hirnzellen.


Prof. Vjera Holthoff, Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie; Prof. Alexander Storch, Klinik für Neurologie; Prof. Gerd Kempermann, Sprecher des DZNE Dresden (v. l. n. r.) Die Idee, ein Computerspiel für die Erforschung neurodegenerativer Prozesse zu nutzen, hatte Moritz Brandt. Er nutzt die Spielergebnisse, um die mentale Leistungsfähigkeit der Patienten zu messen – vor, während und nach der Therapie. Die Wissenschaftler vermuten, dass die Fähigkeit, sich beim Weg durchs Labyrinth neuen Situationen anzupassen, durch die Chemotherapie in Mitleidenschaft gezogen wird. Damit haben die jungen Leukämiepatienten etwas mit den oft 40, 50 Jahre älteren Kranken gemeinsam, die Alexander Storch täglich in seiner Spezialsprechstunde der Klinik für Neurologie des Dresdner Universitätsklinikums sieht. Sie leiden an der Parkinson’schen Krankheit, zu der sich in einem Drittel der Fälle eine Demenz entwickelt. Doch die Prognose der jungen Leukämiepatienten ist deutlich besser als die der Parkinsonkranken. Denn das Gehirn ist durchaus in der Lage, sich von den Therapieschäden zu erholen. Wie diese Hirnregeneration abläuft und welche verlorengegangenen Fähigkeiten wieder aktiviert werden können, das wollen die Wissenschaftler der Klinik für Neurologie mit dem PC-Spiel herausfinden. Diese Erkenntnisse werden dann in die Therapie der Parkinsonkranken einfließen: Schon jetzt setzt die Anfang 2011 eröffnete Spezialstation auf eine Therapiestrategie, die auch auf körperliche und geistige Aktivitäten setzt, um die krankheitsbedingte Degeneration des Hirns zu verlangsamen und damit den Patienten die Zeit der Teilhabe am sozialen Leben zu verlängern.

Das Original des Wasserlabyrinths, das die jungen Leukämiepatienten unter Stress setzt, müssen die Mäuse bezwingen, die Professor Gerd Kempermann auf die Suche nach der Fluchtplattform schickt: Sie schwimmen tatsächlich im Wasser und lernen dabei, den Weg auf die trockene Insel zu finden. Wie die Patienten am PC brauchen die Nager mehrere Versuche, um zum Ziel zu kommen. Und dabei werden sie von Mal zu Mal besser. Dieser Lerneffekt lässt sich nicht nur mit der Stoppuhr messen, sondern auch unter dem Mikroskop sehen: Die Strukturen des Gehirns verändern sich – die Neurowissenschaft nennt dies Plastizität: „Wenn wir lernen, verändert sich die Struktur des Gehirns als Folge seiner Funktion. Das ist aber nur die eine Richtung. Denn die veränderte Hirnstruktur ist ihrerseits wieder Grundlage für neues Verhalten, inklusive neuen Lernens. Plastizität kann man daher besser als dasin beide Richtungen ablaufende Wechselspiel von Struktur und Funktion ansehen“, erklärt Gerd Kempermann, der am DFG-Forschungszentrum für Regenerative Therapien Dresden die Gruppe „Genomische Grundlagen der Regeneration“ leitet. Das Besondere dabei ist, dass ausgerechnet in der Hirnregion, die zentral für Lernen und Gedächtnis verantwortlich ist, unter Umständen sogar neue Nervenzellen gebildet werden, die so genannte „Adulte Neurogenese“. Zwar handelt es sich nur um sehr wenige Zellen, die so zur strukturellen Plastizität beitragen, aber ihr Beitrag könnte, so die Hypothese, entscheidend sein.

Diese Einblicke ins Gehirn, die der Grundlagenforscher Kempermann durch seine Tierexperimente gewinnt, fehlen dem Kliniker Storch. Die Computer spielenden Leukämiepatienten eröffnen ihm nun die Chance, die Erkenntnisse aus der experimentellen Biologie mit denen der Humanmedizin abzugleichen. Gelingen kann dies durch eine Allianz, die die Forscher Kempermann und Storch sowie die Psychiatrie-Professorin Vjera Holthoff mit weiteren Dresdner Kollegen eingegangen sind. Aus dem CRTD, dem DFG Forschungszentrum für Regenerative Therapien Dresden an der TU Dresden, entstand die erfolgreiche Bewerbung um einen Standort des Deutschen Zentrums für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE), mit dem sich Dresden gegen namhafte andere Forschungseinrichtungen in Deutschland durchsetzte.

In der Universitäts-Gedächtnisambulanz der Klinik für Psychiatrie sehen Vjera Holthoff und ihre Mitarbeiter pro Woche bis zu zehn Personen mit Verdacht auf eine Demenz und behandeln in der gleichen Zeit bis zu 100 Patienten, die unter einer schleichende Degeneration des Gehirns leiden: 2001 etablierte die Ärztin und Wissenschaftlerin mit EU-Geldern eine der ersten Gedächtnisambulanzen Deutschlands. Hierher kommen Menschen, bei denen ein Verdacht oder eine Diagnose der Demenzerkrankung vorliegt. Trotz neuer medikamentöser Therapien bleibt das Schicksal von Patienten mit Morbus Alzheimer unumkehrbar. „Doch den Verlauf der Krankheit können wir durchaus beeinflussen“, berichtet die Psychiaterin.

Dazu ist es notwendig, auch bei diesen älteren Patienten zu erforschen, worin die Reserven des Gehirns liegen könnten. Anhand dieser Erkenntnisse lassen sich dann Trainingsprogramme entwickeln. In einem ersten Schritt müssen die Wissenschaftler jedoch erst einmal mehr über das gesunde Altern des Gehirns verstehen. Beispielsweise hat die Gruppe um Vjera Holthoff die Veränderungen im Abruf autobiographischer Erinnerungen im Alter und bei Demenzpatienten erforscht oder die Grundlagen dafür, wie gesunde Menschen, aber auch Demenzerkrankte des Gefühl der Vertrautheit von Personen und Orten verarbeiten. Neben medikamentösen Behandlungen untersucht die Gruppe auch nichtmedikamentöse Trainingsmethoden bei Demenz, zum Beispiel durch Ergotherapie und motorische Aktivierung, die es den Patienten ermöglicht, trotz einer fortgeschrittenen Demenz länger in der vertrauten Umgebung zu leben. Bei diesen wissenschaftlich begleiteten Programmen konnten Patienten bereits verlorengegangene Fähigkeiten wieder für sich erschließen.

Dies ist ein weiterer Hinweis dafür, dass körperliche und geistige Aktivität Menschen in einem gewissen Maße nicht nur vor Demenz und Neurodegeneration schützt, sondern auch regenerierende Kräfte mobilisiert. Doch der Nachweis von Erhalt oder gar Wachstum von Nervenzellen, wie er den Grundlagenwissenschaftlern durch den unmittelbaren Blick in Hirnzellen von Tieren offensteht, bleibt auch Vjera Holthoff bei ihren Patienten verwehrt. Dafür geben die von ihr initiierten Studien und die über Jahre in der Gedächtnisambulanz betreuten Patienten wichtige Daten für die weiteren Forschungen. Bei der Magnetresonanztomographie, mit der sich die Hirnaktivitäten messen lassen, setzt die Psychiaterin in enger Zusammenarbeit mit der Gruppe von Neuroradiologen um Professor Rüdiger von Kummer auf spezielle Auswertetechniken, die Einblicke in die zentrale Gedächtnisregion erlauben. Dazu kann die Gruppe auf die Erfahrungen des Nachwuchsforschers und Arztes Markus Donix bauen, der diese Methoden im weltweit einzigen Zentrum an der University of California, Los Angeles (UCLA) erworben hat und nach seinem Stipendium wieder an das Universitätsklinikum zurückgekehrt ist. In den vergangenen Jahren baute sich das Team von Vjera Holthoff einen großen Erfahrungsschatz bei der Diagnose und Therapie von Alzheimerpatienten auf. Damit möglichst viele Betroffene davon profitieren, baut die Gedächtnisambulanz ein Netzwerk auf, um auch in weiter entfernten, oftmals medizinisch unterversorgten Regionen eine adäquate ambulante Versorgung der Patienten sicherzustellen.

Den aktuellen Forschungen zur Hirndegeneration und -regeneration ging ein Paradigmenwechsel voran: Noch vor 20 Jahren gab es keinen Zweifel, dass sich selbst das gesunde Gehirn im Alter nur in einer Richtung entwickelt – dem Abbau an Masse und Leistungsfähigkeit. Doch dieser Glaubenssatz ist verworfen: Am Dresdner DNZE-Partnerstandort wird die Beziehung von Hirnstruktur und Funktion an erwachsenen und alternden Menschen erforscht. Im Mittelpunkt steht die Frage, was die Kompensationsfähigkeiten des Gehirns bestimmt. Ziel der Forscher ist, die Erkenntnisse der Stammzell- und Plastizitätsforschung für die Prävention und Therapie neurodegenerativer Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson zu nutzen. Den Wissenschaftlern geht es darum, biologisch fundierte Strategien zu entwickeln, mit denen sich körpereigene Potenziale zu Kompensation und Regeneration wecken lassen. Neben der patientennahen, von Vjera Holthoff und Alexander Storch getragenen Forschung, beschäftigt sich Gerd Kempermann in diesem Zusammenhang mit der Rolle der Stammzellen des Gehirns: „Sie sorgen dafür, dass sich auch im erwachsenen und alternden Hirn Nervenzellen bilden, also adulte Neurogenese stattfindet. Sie ist ein wichtiger, wenn auch nicht der einzige Schlüssel, um die Kompensationsfähigkeit des Gehirns bei Schädigung und Abbau im Alter zu verstehen. Sie trägt auch dazu bei, dass wir unser Gehirn trainieren und so vor Schädigung schützen können.“ In den kommenden Jahren werden am Dresdner DZNE-Partnerstandort drei neue Professuren eingerichtet und bis zu vier Nachwuchsgruppen neu besetzt, die sich mit adulter Neurogenese und aktivitätsabhängiger Plastizität zwischen Zell- und Tiermodell und der Forschung an Patienten und Probanden beschäftigen.

Weitere Informationen

DZNE - Partnerstandort Dresden - www.dzne.de/standorte/dresden.html

Dresden koordiniert im Verbund der Partnerinstitute die Themen „Stammzellforschung und regenerative Medizin“

Kernthemen:

  • „Stammzellmodelle der Neurodegeneration“
  • „Mechanismen aktivitätsabhängiger Plastizität im Tiermodell“
  • „Translationale Plastizitätsforschung an Probanden und Patienten“

Standortkoordinator:

  • Dr. Klaus Fabel, DZNE Dresden, Arnoldstraße 18/18b, 0351 210463-17, E-Mail: klaus.fabel@dzne.de

Kooperationsgruppen:

  • Prof. Dr. med. Gerd Kempermann, Sprecher des DZNE Dresden und Professor am CRTD – DFG-Forschungszentrum für Regenerative Therapien Dresden mit den Schwerpunkten Entwicklungsbiologie, Stammzell- und Plasitizitätsforschung
  • Prof. Dr. med. Alexander Storch, Klinik für Neurologie
  • Prof. Dr. med. Vjera Holthoff, Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie

Forschungsprojekte (Auswahl):

  • DEMPARK: Eine longitudinale Studie zum Verlauf der Demenz bei der Parkinson-Erkrankung in Deutschland (Prof. Storch)
  • ERGODEM und MOTODEM (Prof. Holthoff)
  • Epigenetik aktviitätsabhängiger Regulation neuraler Stammzellen (Prof.
    Kempermann)
  • Adulte Neurogenese in einem Tiermodell vaskulärer Demenz

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