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Nervenzellen

So lassen sich Nervenzellen besser untersuchen

| Redakteur: Marc Platthaus

Zebrafische in einem Aquarium des Lehrstuhls für Tierphysiologie an der Universität Bayreuth.
Zebrafische in einem Aquarium des Lehrstuhls für Tierphysiologie an der Universität Bayreuth. (Bild: Dr. Wolfram Schulze, Lehrstuhl für Tierphysiologie, Universität Bayreuth)

Zebrafische können abgestorbene Nervenzellen durch neu gebildete ersetzen. Aus diesem Grund sind sie ein Modellorganismus für die Erforschung neuronaler Erkrankungen wie Alzheimer oder Parkinson. Bayreuther Wissenschaftler nutzen nun ein magnetischen Verfahren, um die Nervenzellen besser untersuchen zu können.

Bayreuth – Beschädigte menschliche Nervenzellen in möglichst großem Umfang reparieren oder ersetzen zu können, ist ein Ziel, auf das die Medizin weltweit hinarbeitet. Dabei sind Zebrafische von besonderem Interesse. Denn sie besitzen die ungewöhnliche Fähigkeit, neue Nervenzellen zu bilden und dadurch abgestorbene oder beschädigte Nervenzellen zu ersetzen. Es wäre für die neurologische Forschung eine wertvolle Unterstützung, wenn sie diese Prozesse nicht nur an lebenden Zebrafischen beobachten, sondern auch im Reagenzglas reproduzieren und untersuchen könnte. Doch die bisherigen Verfahren, mit denen Nervenzellkulturen von Zebrafischen künstlich angelegt wurden, haben sich als sehr arbeits- und zeitaufwändig erwiesen. Zudem waren die Bemühungen, solche Zellkulturen zu standardisieren und dadurch die Versuchsbedingungen zu vereinheitlichen, bisher wenig erfolgreich. Selbst die fluoreszenzaktivierte Zellsortierung (FACS), eine in der Zellbiologie verbreitete Methode, führt nicht zu den gewünschten Ergebnissen.

Eine neuartige Anwendung eines bewährten Verfahrens

Mithilfe eines bewährten Verfahrens ist es einem Forschungsteam am Lehrstuhl für Tierphysiologie der Universität Bayreuth aber jetzt gelungen, großflächige Kulturen aus Zebrafisch-Nervenzellen anzulegen, die ein genaues Studium der Neubildung und Regeneration solcher Zellen erlauben. Die Wissenschaftler um Prof. Dr. Stefan Schuster haben die magnetisch aktivierte Zellsortierung („MACS“, Magnetic-Activated Cell Sorting) bekannt ist – erstmals auf Nervenzellen von Zebrafischen angewendet.

Magnetische Partikel ermöglichen das Aussortieren determinierter Stammzellen

Aus sterilisierten Zebrafisch-Embryonen wurde zunächst eine gemischte Zellkultur eingerichtet. Diese Zellkultur enthielt also sehr verschiedene Arten von Zellen, darunter auch so genannte „neuronale Vorläuferzellen“. Hierbei handelt es sich um unreife Nervenzellen, die aus neuronalen Stammzellen hervorgehen. Sie sind –im Unterschied zu diesen pluripotenten Stammzellen –bereits für einen bestimmten Funktionsbereich, beispielsweise das Gehirn oder die Wirbelsäule, vorgeprägt und werden daher auch als „determinierte Stammzellen“ bezeichnet.

Charakteristisch für die neuronalen Vorläuferzellen ist ein Molekül mit dem Namen „PSA-NCAM“. Dieses Molekül konnten die Bayreuther Wissenschaftler daher als geeigneten Ansatzpunkt für das MACS-Verfahren identifizieren. In die gemischte Zellkultur haben sie winzige magnetische Partikel (Micro-Beads) eingebracht, die zuvor mit speziellen Antikörpern beschichtet worden waren. Diese Antikörper ‚erkannten‘ die in der Zellkultur enthaltenen PSA-NCAM-Moleküle und gingen mit ihnen eine chemische Verbindung ein. Somit waren die magnetischen Partikel an die neuronalen Vorläuferzellen gleichsam angekettet.

Nun wurde die Zellkultur durch einen säulenförmigen Behälter gespült, der von einem starken Magnetfeld umgeben war. Dieses Magnetfeld bewirkte, dass die neuronalen Vorläuferzellen –und nur sie –im Behälter ‚festsaßen‘, während alle anderen Zellen ihn wieder verließen. Auf der Grundlage der aussortierten Vorläuferzellen wurden nun großflächige Zellkulturen angelegt, aus denen sich im Labor voll funktionstüchtige Nervenzellen entwickeln können.

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