Lecks in der Blut-Hirnschranke auf der Spur
Bonner Forschende entwickeln neue Methode zur Untersuchung der selektiven Diffusionsbarriere
Bonn, 13. Februar 2023 – In der Epilepsieforschung galt lange die Annahme, dass für die Entstehung von Entzündungen im Gehirn eine undichte Blut-Hirn-Schranke ursächlich ist. Mithilfe einer neuartigen Methode haben Forschende vom Universitätsklinikum Bonn (UKB) und der Universität Bonn nachgewiesen, dass die Barriere zwischen dem Blut und dem Zentralen Nervensystem jedoch weitgehend intakt bleibt. Ihr Untersuchungsverfahren liefert somit wichtige Erkenntnisse zur Entstehung der Epilepsie und könnte die Wirkstoffentwicklung in der Pharmazie signifikant optimieren. Die Studienergebnisse sind kürzlich im renommierten Fachjournal „Nature Communications“ veröffentlicht worden.
500 Kilometer Gefäße im menschlichen Gehirn sind mit zehn Quadratmetern dünner Zellschicht ausgekleidet – der Blut-Hirn-Schranke (BBB). Diese Barriere schützt das Gehirn gegen schädliche Stoffe sowie Krankheitserreger. Darüber hinaus verknüpft sie das Gehirn mit den anderen Organen im Körper. Ist diese selektive Barriere undicht, könnten Erkrankungen wie Parkinson, Multiple Sklerose, Alzheimer entstehen. Auch bei Hirntumoren spielen Fehlfunktionen der BBB eine wichtige Rolle. Diesen Wechselwirkungen wollen die Forschenden am UKB und der Universität Bonn auf den Grund gehen. Zur Untersuchung des BBB-Transports auf zellulärer Ebene entwickelten sie die Mikropipetten basierte lokale Perfusion von Kapillaren, also feinste Blutgefäße, in akuten Hirnschnitten und kombinierten sie mit Multiphotonenmikroskopie.
Prof. Dirk Dietrich, Leiter der Sektion experimentelle Neurochirurgie an der Klinik für Neurochirurgie am UKB, vergleicht die in der Studie untersuchte neue Analysetechnik der Blut-Hirn-Schranke mit einem platten Fahrradreifen: „Wenn der Reifen Luft verliert, weiß man nicht, wo die undichte Stelle ist. Darum hält man den aufgepumpten Fahrradschlauch unter Wasser, um das Leck zu identifizieren. Dieses Prinzip liegt auch unserer Verfahrensweise zugrunde.“ Dabei füllen die Forschenden die mikroskopisch kleinen Blutgefäße mittels einer Mikropipette mit einer Flüssigkeit von innen auf. Im Multiphotonenmikroskop sind dann undichte Stellen für sie sichtbar.
Sein Kollege Alf Lamprecht, Professor für Pharmazeutische Technologie und Biopharmazie am Pharmazeutischen Institut der Universität Bonn, hofft, dass das neue Verfahren die frühe Wirkstoffentwicklung voranbringen könnte: „Wird ein neuer Wirkstoff entwickelt, stellt sich immer die Frage, ob und vor allem wie dieser die Blut-Hirn-Schranke passiert. Diese Transportmechanismen und Barrieren zu identifizieren ist enorm wichtig, um den Wirkstoff im Gehirn verfügbar machen zu können.“ Die Ergebnisse der aktuellen Studie haben Potenzial, diese Aufgabenstellung in der Pharmazie zu lösen. Die Erstautorin des veröffentlichen Fachartikels Dr. Amira Hanafy, Postdoktorandin an der Klinik für Neurochirurgie des UKB, resümiert: „Mit der von uns entwickelten Methode haben wir ein gutes Handwerkzeug, um zu bewerten, ob Wirkstoffe im Gehirn ankommen.“
Publikation: Amira Sayed Hanafy et. al.: Subcellular analysis of blood-brain barrier function by micro-impalement of vessels in acute brain slices; Nature Communications; https://doi.org/10.1038/s41467-023-36070-6
Beteiligte Institutionen: Klinik für Neurochirurgie, Universitätsklinikum Bonn; Institut für Pharmazie,Universität Bonn; Sektion für Translationale Epilepsieforschung, Klinik für Neuropathologie und Klinik für Epileptologie, Universitätsklinikum Bonn; Synapse Proteomics, Children’s Medical Research Institute, The University of Sydney, Australien
Förderung: BONFOR, DFG INST1172 15, Alexander-von-Humboldt-Stiftung
Bildmaterial:
Bildunterschrift:
Neue Erkenntnisse in der Epilsepsieforschung & Optimierung der Wirkstoffwirkung:
(v. li) Prof. Dirk Dietrich, Dr. Amira Hanafy und Prof. Alf Lamprecht gehen mit einem neuen Analyse-Verfahren Lecks in der Blut-Hirn-Schranke auf den Grund:
Bildnachweis: Universitätsklinikum Bonn / Rolf Müller
Wissenschaftlicher Kontakt:
Prof. Dirk Dietrich
Leiter der Sektion experimentelle Neurochirurgie
Klinik für Neurochirurgie
Universitätsklinikum Bonn
Telefon: +49 228 287 19224
E-Mail: dirk.dietrich@uni-bonn.de
Prof. Alf Lamprecht
Lehrstuhl Pharmazeutische Technologie und Biopharmazie
Pharmazeutischen Institut
Universität Bonn
Telefon: +49 228 73 5243
E-Mail: alf.lamprecht@uni-bonn.de
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Daria Siverina
stellv. Pressesprecherin am Universitätsklinikum Bonn (UKB)
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Zum Universitätsklinikum Bonn: Im UKB werden pro Jahr etwa 500.000 Patient*innen betreut, es sind 8.800 Mitarbeiter*innen beschäftigt und die Bilanzsumme beträgt 1,5 Mrd. Euro. Neben den über 3.300 Medizin- und Zahnmedizin-Studierenden werden pro Jahr weitere 580 Personen in zahlreichen Gesundheitsberufen ausgebildet. Das UKB steht im Wissenschafts-Ranking sowie in der Focus-Klinikliste auf Platz 1 unter den Universitätsklinika (UK) in NRW und weist den dritthöchsten Case Mix Index (Fallschweregrad) in Deutschland auf.
