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Wie Viren das wachsende Gehirn schädigen

Viren befallen unterschiedlichste Gewebestrukturen in unserem Körper und nutzen spezielle Proteine wie Türöffner, um ins Innere der Zelle zu gelangen und diese dann für ihre eigene Fortpflanzung zu „hacken“: Die Zelle produziert fortan nur noch andere Viren und keine eigenen Zellnachkommen. Während der menschlichen Gehirnentwicklung sind manche Vireninfektionen daher besonders kritisch – die Folge können schwere Fehlbildungen im Gehirn sein. Für werdende Mütter ist daher besondere Vorsicht vor Infektionserregern wie Toxoplasma gondii, Röteln-Viren, CMV, ZIKA-Viren und Herpes-simplex-Viren (HSV) geboten.

Bislang war es nicht möglich, den Einfluss bestimmter Viren auf die Gehirnentwicklung systematisch am Menschen zu untersuchen. Eine einzigartige Technologie, die weltweit erstmals am Institut für Molekulare Biotechnologie in Wien entwickelt wurde, erlaubt es nun, den Einfluss von Infektionen auf die menschliche Gehirnentwicklung neu zu beleuchten und innovative Therapien zu testen. Dies funktioniert an Gehirn-Organoiden, die aus menschlichen Stammzellen herangezüchtet werden. Diese können etwa aus einem kleinen Stück Haut oder einer Blutprobe gewonnen werden. Untersucht wurden aktuell ein Virenbefall durch ZIKA und das Herpes Simplex Virus. Diese wurden in der Petrischale „infiziert“, um den Einfluss der Erreger auf die Gehirnentwicklung zu studieren.

Die Organoide bieten auch ein ideales Modellsystem, um die Entwicklung neuer Therapien gegen Viren, die das menschliche Gehirn befallen, anzutreiben. Im Labor gelang es ForscherInnen bereits, Herpes infizierte Gehirn-Organoide durch die Gabe von Interferon Typ 1 vor Fehlbildungen zu schützen. In Zukunft soll eine Vielzahl weiterer Substanzen getestet werden und das Modell auch in der Krebsforschung eingesetzt werden.

Referenz:
IMBA Wien
Organoid modeling of Zika and Herpes Simplex Virus 1 infections reveals virus-specific responses leading to microcephaly; Cell Stem Cell 2021, https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1934590921001107

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Luftverschmutzung beeinflusst Gehirnentwicklung

Forscher der University of California fanden einen Zusammenhang zwischen verkehrsbedingter Luftverschmutzung und einem erhöhten Risiko für neurologische Entwicklungsstörungen.

Ihre auf einem Nagetiermodell basierende Studie bestätigt damit epidemiologische Untersuchungen, die diesen Zusammenhang bereits belegen.

Um möglichst „echte“ Bedingungen zu generieren, errichteten sie ein Vivarium in der Nähe eines Strassentunnels und setzten Rattenbabys der Luftquelle aus dem Tunnel aus. Eine Vergleichsgruppe erhielt, ebenfalls in Echtzeit, eine gefilterte Version dieser Luft.

Die Forscher wiesen ein abnormales Wachstum der Gehirnzellen und erhöhte Entzündungsparameter im Gehirn der Jungratten, die der erhöhten Luftverschmutzung ausgesetzt waren, nach. „Auch wenn die Veränderungen nur subtil waren“, so die Wissenschaftler, „konnten wir diese nachweisen, obwohl sich der Verschmutzungsgrad der Luft innerhalb gesetzlicher Regeln befand“.

Vor dem Hintergrund zusätzlicher umweltbedingter und genetischer Faktoren, so die Forscher weiter, ist davon auszugehen, dass die Luftverschmutzung auch beim Menschen einen Effekt auf das sich entwickelnde Gehirn hat die mit neurologischen Entwicklungsstörungen verbunden sein könnten.

Referenz:
Effects of early life exposure to traffic-related air pollution on brain development in juvenile Sprague-Dawley rats, Translational Psychiatry, 10: 166 (2020)
https://www.nature.com/articles/s41398-020-0845-3

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