Maxime Lemieux, Université Laval, Centre de recherche du CHU de Québec, Québec, Kanada

Kann durch optogenetische Stimulierung glutamaterger Nervenzellen im Hirnstamm die willkürliche Bewegungsfähigkeit nach Rückenmarksverletzung wiederhergestellt werden?

Gefördert in: 2017, 2018, 2019


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Problem: Eine Rückenmarksverletzung beeinträchtigt die willkürliche Bewegung.

Angriffspunkt: Anpassungsfähigkeit von absteigende Nervenfasertrakten, die von glutamatergen Nervenzellen aus dem Hirnstamm oder von der Hirnrinde kommen

Zielsetzung: Stärkung und Aktivierung der Anpassungsvorgänge, um die willkürlichen Bewegungsfunktionen wieder zu erlangen.

 

Bei einer Rückenmarksverletzung werden Nervenfasern, die von höheren Zentren des Gehirns ins Rückenmark ziehen, verletzt und damit kommt es zu einer schweren Beeinträchtigung der willentlichen Kontrolle über Bewegungsfunktionen. Einiges ist bereits über die anatomische Anpassungsfähigkeit von absteigenden Fasern, die aus dem Hirnstamm kommen, bekannt. Diese Nervenzellen im Hirnstamm stellen bei der motorischen Funktion eine Verbindung von höhere Zentren des Gehirns zum Rückenmark her, und sind so z.B. in die Planung von Bewegungen im motorischen Zentrum der Hirnrinde involviert. Nach einer Verletzung hat das Gehirn die Fähigkeit sich in einem gewissen Rahmen anzupassen, dieses Phänomen ist bekannt unter dem Begriff funktionelle Plastizität.

Die schwache oder nicht vorhandene Plastizität in den Nervenfasertrakten, die Gehirn und Rückenmark verbinden können, tragen zum Verlust der willentlichen Kontrolle über die Bewegungen bei querschnittgelähmten Patienten bei. Deshalb will dieses Projekt die plastischen Vorgänge in diesen Nervenfasertrakten aktivieren und verbessern.

Methodisch werden dafür optogenetische Werkzeuge zur Stimulierung über Viren in Zellen der motorischen Hirnrinde von Mäusen eingeschleust und die Effekte der Stimulierung auf die willkürliche Bewegung mit Hilfe von Kinematik (Analyse der Bewegungsabläufe) und Elektromyographie untersucht. Außerdem wird die Wirkung der Stimulierung von glutamatergen Nervenzellen im Hirnstamm direkt oder indirekt über Nervenfasertrakte, die den Motorkortex mit dem Hirnstamm verbinden, vor und nach Rückenmarksläsion getestet.

Diese Experimente werden zunächst ein Bild davon ergeben, welche funktionellen Anpassungsvorgänge nach einer Verletzung stattfinden. Zudem soll die Möglichkeit untersucht werden, diese plastischen Prozesse in bestimmten Fasertrakten (Retikulo-Spinaltrakt) zu stärken bzw. sie zu initiieren, um sie dann auf andere Fasertrakte wie den Kortiko-Retikulospinaltrakt auszudehnen.

Da die motorische Region der Großhirnrinde einfacher zugänglich ist im Vergleich zum Hirnstamm, würde der Kortiko-Retikulospinaltrakt sich gut als Angriffspunkt für die klinische Behandlung von querschnittgelähmten Patienten eignen.