Freitag, 8. April 2011

Vielleicht erinnern Sie sich an den Film „Home“ aus dem Jahre 2009 mit den faszinierenden Bildern unserer Erde? Ein zentraler Satz in diesem beeindruckenden Werk war: “Everything is linked” – Alles ist miteinander verbunden. „Nichts existiert ohne Relation zu anderen Dingen“, könnte man schon fast philosophisch sagen.
Was für den Makrokosmos gilt, scheint auch für den Mikrokosmos zu gelten: Die Zellen unseres Körpers kommunizieren miteinander und stehen in einer Verbindung. Und sie tun dies über weite Distanzen hinweg und hocheffizient, zum Beispiel über die Ausschüttung von Pheromonen, Wachstumsfaktoren, Hormonen oder mithilfe der Nervenfasern. Pheromone sind chemische Substanzen, die von Drüsenzellen an die Umgebung abgegeben werden. Die hochspezialisierten Zellen anderer Organismen reagieren auf diese Stoffe und beeinflussen ihr Verhalten oder ihre Physiologie. Wachstumsfaktoren sind Eiweißmoleküle, die Informationen von einer auf eine andere Zelle übertragen. Hormone sind Stoffe, die in kleinsten Dosen wie ein Schlüssel ein bestimmtes Schloss öffnen oder schließen können. Bei einer Fehlfunktion kann dies zu einer Erkrankung führen. Eine gestörte Ausschüttung des Hormons Insulin führt zum Beispiel zum Diabetes mellitus.
Die zahlreichen Zellen unseres Körpers müssen sich abstimmen. Sie müssen miteinander reden, damit nicht plötzlich alles aus dem Ruder läuft. Sehr wichtig ist deshalb auch die direkte Kommunikation zwischen den Zellen, die nebeneinander liegen.
Das Deutsche Medizinradio besuchte Professor Colin Green von der Auckland University in Neuseeland. Colin Green erforscht seit über dreißig Jahren Gap Junctions. Gap Junctions sind Kanäle und Zellkontakte zugleich, über die die Kommunikation von Zellen zu ihren Nachbarzellen stattfindet. Sie bestehen aus Proteinen, den sogenannten Connexinen. Sechs dieser Proteine bilden ein Connexon. Zwei Connexone bilden wiederum eine Gap Junction.

Colin Green (dt.Übers.): “In unserem Körper müssen alle Zellen miteinander kommunizieren. Und sie kommunizieren miteinander über weite Distanzen hinweg – zum Beispiel mit Hilfe von Pheromonen, Wachstumsfaktoren oder über Nerven. Aber sehr wichtig ist die direkte Kommunikation über Kanäle, die eine Zelle mit der Nachbarzelle verbindet. Dies gilt für alle Zellen unseres Körpers. Ausgenommen hiervon sind die zirkulierenden Blutzellen.”

Alle Zellen „sprechen“ miteinander über Kanäle. Sie tauschen Informationen aus, indem sie verschieden große Moleküle oder Ionen verschicken. Die Kanäle ihrerseits besitzen eine klar definierte Größe. Sie lassen nur Moleküle bis zu einer bestimmten Größe passieren.

Colin Green: “Und weil die Kanäle eine klar definierte Größe besitzen, es können nur Moleküle bis zu einem Molekulargewicht von 1000 hindurch, behält jede Zelle auch weiterhin ihre Identität. Jede Zelle ist auch weiterhin eine eigenständige Zelle. Aber sie spricht zu ihrer Nachbarzelle, indem sie kleine Moleküle, wie zum Beispiel das ATP, cGMP und Ionen, verschickt.”

Gap Junctions haben für unsere Existenz eine herausragende Bedeutung: Über sie sind die Zellen aneinander gekoppelt. Über sie werden für die Ernährung der Zellen bzw. eines Zellverbandes wichtige Stoffe, aber auch chemische und elektrische Signale ausgetauscht. Über sie erfolgt die Erregungsausbreitung im Herzen sowie im zentralen Nervensystem. Und über sie erfolgt die Kontrolle des Zellwachstums und die Regulation früher Entwicklungsprozesse.
Insbesondere bei gefäßlosen Geweben, wie der Hornhaus des Auges, ist der Stoffaustausch über Gap Junctions überlebenswichtig. Denn gerade für die Versorgung von Zellen, die weiter entfernt von Blutgefäßen liegen, ist sie bedeutsam. So erfolgt die Ernährung durch relevante Stoffe wie Vitamine, Aminosäuren, Zucker oder Nukleinsäurevorstufen ebenfalls über die Gap Junctions.
Für den Fortbestand von Zellen wichtige Stoffe wie das zyklische Adenosinmonophosphat, das zyklische Guanidinmonophosphat oder auch Kaliumionen und Wasserstoffionen können ebenfalls ausgetauscht werden. Darüber hinaus haben sie eine entscheidende Bedeutung für die Funktion des Herzens. Ohne sie ist ein synchrones Arbeiten des Herzmuskels undenkbar.
Es existieren verschiedene Gap Junctions, die sich zum Beispiel auch in ihrer Durchlässigkeit für Moleküle unterscheiden.
Alle Zellen kommunizieren miteinander. Egal, welches Organ oder welches Gewebe wir betrachten: Jede Zelle „spricht“ zu ihrer Nachbarzelle. Und die Kanäle sind so klein, dass die einzelne Zelle nicht ihre Identität verliert.
Es drängt sich natürlich die Frage auf, ob die Kommunikation der Zellen über Gap Junctions ein Ansatz für neue Behandlungsformen sein kann? Sind die Gap Junctions zum Beispiel auch für die Wundheilung bei einer Hautverletzung wichtig? Was passiert bei einer Wunde, wenn wir uns an der Haut verletzen? Spielen hier die Gap Junctions auch eine Rolle? Müssen wir vielleicht unser Verständnis der Wundheilung korrigieren?

Colin Green: “Gap Junctions sind absolut entscheidend für die Wundheilung. Die Wundheilung scheint allerdings bei uns zu stark zu sein. Als wir noch in Höhlen lebten, herumliefen und all die Mammuts jagten, entwickelten wir eine Antwort, die uns in die Lage versetzte, mit Verletzungen umzugehen und diese zu behandeln. Allerdings leben wir in der modernen Gesellschaft in einem viel saubereren Lebensumfeld.”

Unser Körper trägt sie immer noch in sich, die Jahrtausende alte Erfahrung. Tief in den Genen ist sie gespeichert. Aber die Umgebung hat sich geändert. Wir leben in einer Umwelt, die bei weitem nicht die Anforderungen an unsere Haut stellt, denen sie vor Jahrtausenden ausgesetzt war. Die Haut scheint in der Lage zu sein, eine Wunde schneller zu reparieren, wenn man bestimmte Kommunikationskanäle der Zellen beeinflusst.

Colin Green: “Wir haben Antiseptika. Wir produzieren Antikörper. Wir benötigen nicht diese Antwort. Wir können die Wundheilung verbessern – die Wundheilung wird beschleunigt und es entsteht weniger Narbengewebe. ”

Die Wissenschaftler um Colin Green können mittlerweile die Zellkommunikation derart beeinflussen, dass die Wundheilung beschleunigt wird und dass die Wunde mit weniger Narbengewebe abheilt. Noch wichtiger erscheint, so Colin Green, diese Erkenntnisse z.B. auf chronische Wunden anzuwenden. Hierzu zählt das sogenannte offene Bein, das z.B. durch Venenerkrankungen oder Diabetes mellitus entstehen kann. Diese chronischen Wundheilungsstörungen scheinen mit der Missregulation der Connexine zusammenzuhängen, also jenen Proteinen, aus denen die Gap Junctions aufgebaut werden.

Colin Green: “Wenn wir es schaffen, sie wieder in den Status der normalen Regulation zu versetzen, dann können wir die normale Wundheilung wieder ermöglichen.”

Für die Wundheilung sind Gefäße wichtig. Zwischen den Zellen existieren verschieden große Gap Junctions, die auch unterschiedlich große Moleküle passieren lassen. Gap Junctions bestehen aus den Connexinen. Ein unter Wissenschaftlern bekanntes Connexin ist das Connexin 43. Dieses wird bei einer Verletzung in den unteren Schichten der Lederhaut, die anatomisch auch als Dermis bezeichnet wird, verstärkt gebildet. Allerdings führt das Heraufregeln des Connexins 43 nicht nur zum Aufbau von Gap Junctions, sondern auch zum Absterben der lokalen Blutgefäße. Dies wiederum vergrößert die Wunde. Früher, so Green, versuchte man durch Wachstumsfaktoren, die Gefäße wieder zum Einwachsen in die Wunde zu bewegen. Allerdings besteht das Problem, dass die Gefäße bei einer nicht heilenden Wunde in eine toxische Umgebung einwachsen müssten. Der Lösungsansatz von Green für dieses Problem ist ein entscheidend anderer:

Colin Green: ”… Ich denke, was wir machen, ist völlig anders: Wir entfernen die Blockade des Wachstums, indem wir diese Kanäle für eine kurze Zeit entfernen. Damit werden Zellen in die Lage versetzt, in die Umgebung einzuwachsen, und der Reparaturprozess kann stattfinden. Er startet erneut an der Stelle, wo er angehalten wurde, wie man es auch bei einer chronischen Wunde beobachten kann.”

Durch die Behandlung können sich die kleinsten Blutgefäße, die Kapillaren, neu bilden. Die Ergebnisse der Versuche sind vielversprechend und könnten schon in naher Zukunft die Wundbehandlung revolutionieren. Indem auf den Wundheilungsprozess auf der Ebene der Zellkommunikation Einfluss genommen wird, eröffnen sich zahlreiche Möglichkeiten.
„Everything is linked“ – Gap Junctions existieren zwischen allen Zellen außer den zirkulierenden Blutzellen. Hier drängt sich der Gedanke auf, dass über diesen Ansatz auch andere Krankheiten therapiert werden könnten.

Colin Green: “Viele der chronischen Krankheiten unseres Körpers, zum Beispiel neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer oder auch Parkinson, sind chronisch entzündliche Erkrankungen.”

Und die lassen sich vielleicht ebenfalls über die Steuerung der Zellkommunikation positiv beeinflussen.
Die Bedingungen für diese Art Forschung sind in Neuseeland hervorragend. Die Forscher um Colin Green können die Neuseeländische Gehirnbank nutzen, die in ihrer Art weltweit einzigartig ist. Oder sie nutzen Netzhaut-Gewebe, auch Retina genannt, um zum Beispiel die Einsatzmöglichkeiten bei der Makuladegeneration, einer Erkrankung der Auges, zu erforschen. Interessanterweise konnte gezeigt werden, dass das Kapillarbett, also die sehr kleinen Blutgefäße, die für den Sauerstoffaustausch und die Nahrungsmitteltransporte erforderlich sind, bei dieser Erkrankung nicht mehr vorhanden ist.

Colin Green: ”... Und wir glauben, wenn wir es schaffen könnten, die Entzündungsumgebung zu dämpfen und damit auch die Gefäßneubildung anzuregen, dass wir eine Chance haben, auch diese Krankheitsprozesse zu beeinflussen.”

Vergleichbares konnten die Forscher übrigens bei unfallbedingten Verbrennungen des Auges feststellen. Durch die Beeinflussung der Gap Junctions konnte der Heilungsprozess signifikant beschleunigt werden.
„Everything is linked“ – Alle Zellen kommunizieren über Gap Junctions miteinander, außer den zirkulierenden Blutzellen. Dies wirft erneut die Frage auf, ob man nicht mit der Manipulation der Connexine noch weitere Krankheitsbilder positiv beeinflussen kann. Zum Beispiel führen Traumata oder Schlaganfälle aufgrund der massiven Entzündungsreaktionen häufig zu neurologischen Ausfällen. Besonders bei Verletzungen von Gehirn und Rückenmark sind Mediziner bis heute hilflos und stehen vor großen Problemen. Denn auch hier kommt es zu Entzündungsreaktionen mit Schwellungen der Gewebe (Abb. 1).

Colin Green: “Gehirnverletzungen, Rückenmarksverletzungen, Malaria des Gehirns und einige andere Infektionskrankheiten bewirken eine Vergrößerung der Läsion. Alle diese Erkrankungen gehen mit Lecks der Gefäße (Abb. 2) einher und führen zu einer exzessiven Entzündungsreaktion. Wir konnten diese unterdrücken.
Das Potential für die Behandlung von Schlaganfall ist sehr groß und wir sind natürlich davon begeistert. Im Moment führen wir einige Experimente durch, die zeigen, dass es sehr wahrscheinlich ist, dass unser Ansatz funktioniert.”

Abb. 1: Astrozyten im zentralen
Nervensystem. Normal und bei
einer Entzündung

Die Zellen unseres Körpers kommunizieren miteinander und stehen in einer Verbindung.
Alles ist miteinander verbunden. Nichts existiert ohne Relation zu anderen Dingen. Was für den Makrokosmos gilt, scheint auch für den Mikrokosmos zu gelten.

Der Erforschung der Zellkommunikation über Gap Junctions scheint die Zukunft zu gehören: Zwischen den Zellen lesen, um den Inhalt ihrer Gespräche zu verstehen. Und dann die Zellkommunikation beeinflussen, um viele der noch ungelösten Probleme in der medizinischen Forschung anzugehen – ein vielversprechender Ansatz, der für die Forschung der nächsten Jahre richtungsweisend sein sollte!

Quellen: Interview mit Professor Colin Green vom 28.2.2011 an der University of Auckland in Neuseeland. Abbildungen 1 bis 2 mit freundlicher Genehmigung von Professor Colin Green.

Abb. 2: Lecks der
Gefäße. Retina
(Netzhautgewebe)