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Ein niedriger Sauerstoffgehalt kehrt die neurodegenerative Erkrankung bei Mäusen um
Wenn die Mitochondrien der Zellen nicht richtig funktionieren, kann der menschliche Körper eine mitochondriale Erkrankung entwickeln. Neue Forschungen ebnen den Weg für die Behandlung von mitochondrialen Erkrankungen, die das Gehirn betreffen, und zeigen, dass Sauerstoffentzug unerwartete therapeutische Vorteile hat - zumindest bei Mäusen.
Neue Forschung zeigt die therapeutischen Vorteile von Hypoxie für Leigh-Syndrom, eine neurodegenerative Erkrankung.
Mitochondrien sind die kleinen Kompartimente in einer Zelle, die dafür verantwortlich sind, Zucker und Sauerstoff in Energie umzuwandeln.
Mitochondriale Krankheiten können viele Formen annehmen, da Zellen überall im menschlichen Körper gefunden werden können. Mitochondriale Störungen können das Gehirn, die Nieren, die Augen und viele andere Organe beeinflussen.
Das "Leigh-Syndrom" ist eine solche mitochondriale Störung, die das Gehirn befällt. Der Zustand ist selten; es wird angenommen, dass es nur 1 von 30.000 Neugeborenen betrifft.
Leigh-Syndrom ist eine neurodegenerative Erkrankung. Es ist gekennzeichnet durch Hirnläsionen, einen fortschreitenden Verlust von motorischen Fähigkeiten und Muskeltonus und Verzögerungen in der Entwicklung. Komplikationen können zu einer schlechten Herz-, Atmungs- und Nierenfunktion führen.
Die meiste Zeit kann das Leigh-Syndrom nicht behandelt werden. Eine neue Studie an Mäusen legt jedoch nahe, dass Hypoxie - das heißt eine Sauerstoffmangel - den unerwarteten Vorteil haben könnte, das Gehirn vor dieser Form der mitochondrialen Krankheit zu schützen.
Die Studie wurde von Forschern des Massachusetts General Hospital (MGH) in Boston durchgeführt und die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift veröffentlicht PNAS.
Die therapeutische Rolle der Hypoxie bei mitochondrialen Erkrankungen
Die neue Forschung baut auf früheren Arbeiten desselben Teams auf. In ihrer früheren Studie verwendeten die Forscher ein herkömmliches Mausmodell des Leigh-Syndroms - mit Mäusen, bei denen das sogenannte Ndufs4-Gen abgeklemmt war - und brachten sie in eine Umgebung, die nur 11 Prozent Sauerstoff enthielt. Dies entspricht ungefähr der Hälfte von dem, was auf Meereshöhe gefunden wird.
Das Ndufs4-Gen kodiert ein Protein, das für den mitochondrialen Komplex 1 entscheidend ist - ein Enzymkomplex, der Teil der Atmungskette der Mitochondrien ist.
Die Forscher fanden heraus, dass die hypoxische Umgebung die typischen Symptome des Leigh-Syndroms signifikant verringerte und das Überleben der Nagetiere verlängerte.
Im Gegensatz dazu verursachte eine Umgebung mit höheren Sauerstoffkonzentrationen einen vorzeitigen Tod im Tiermodell, hatte jedoch keinen Einfluss auf normale, gesunde Tiere.
In der neuen Studie zielte das Team nicht nur darauf ab, die Auswirkungen verschiedener Sauerstoffkonzentrationen auf dieses Mausmodell besser zu verstehen, sondern auch zu untersuchen, ob praktische Implementierungen von Hypoxie die Ergebnisse der vorherigen Studie reproduzieren könnten.
Kontinuierliche Hypoxie kehrt das Leigh-Syndrom bei Mäusen um
Die neue Studie zeigte, dass der Grad der Hirnschädigung mit dem Sauerstoffgehalt im Laufe der Zeit variiert.
Insgesamt lebten Mäuse, die mit Hypoxie behandelt worden waren, im Durchschnitt 270 Tage, während diejenigen, die in einer Umgebung mit 21 Prozent Sauerstoff lebten, durchschnittlich nur 58 Tage überlebten.
Bildstudien zeigten, dass Ndufs4-Knockout-Mäuse in einer Umgebung mit 11 Prozent Sauerstoff keine Hirnläsionen aufwiesen, als sie 250 Tage alt waren. Im Gegensatz dazu begannen Läsionen bei Mäusen, die 21 Prozent Sauerstoff inhalierten, bereits bei 60 Tagen zu erscheinen.
Darüber hinaus starben Mäuse, die 55 Prozent Sauerstoff inhalierten, schnell an Lungenödem und hatten Läsionen im Riechkolben des Gehirns.
Ein überraschendes Ergebnis war, dass die hypoxische Behandlung auch den bereits vorhandenen Schaden umzukehren schien. Die Läsionen in den Gehirnen der Mäuse verschwanden, nachdem sie in eine sauerstoffarme Umgebung gewechselt worden waren, und blieben dort einen Monat lang.
Das Team versuchte auch, Mäuse mit Anzeichen einer Hirnschädigung, die in einer Umgebung mit 11 Prozent Sauerstoff in einer Umgebung von 21 Prozent untergebracht waren, zu bewegen, was jedoch zum Fortschreiten der Krankheit und schließlich zum Tod führte. Dies deutet darauf hin, dass die Behandlung kontinuierlich sein muss.
Forscher bei der Arbeit, um mehr praktische Hypoxie-Behandlungen zu finden
Dr. Vamsi Mootha von der MGH-Abteilung für Molekularbiologie ist ein Co-Senior-Autor auf dem Papier. Sie kommentiert diese Ergebnisse:
"Wir fanden zu unserer großen Überraschung und Freude heraus, dass wir die fortgeschrittenen Krankheiten tatsächlich rückgängig machen können. Ich denke nicht, dass irgendjemand dachte, dass diese neurologischen Krankheiten reversibel sein könnten [...]. Dies ist ein äußerst wichtiger nächster Schritt in unserer Erforschung des therapeutisches Potenzial der Hypoxie für diese neurodegenerative Erkrankung. "
Die Forscher bemerken jedoch die Unpraktikabilität ihrer Behandlung in der vorliegenden Form. Ein Sauerstoffgehalt von 11 Prozent ist ähnlich wie in sehr großen Höhenlagen, und eine kontinuierliche Behandlung mit diesem Sauerstoffgehalt würde sich sicherlich nicht sehr angenehm anfühlen, geben die Autoren zu.
In der Zukunft hoffen Mootha und sein Team, den molekularen Mechanismus zu verstehen, der hinter den Vorteilen von Hypoxie steckt, damit sie eine praktischere Therapie entwickeln können, die das Gehirn schützt und Hirnschäden rückgängig macht.
"Wir arbeiten auch daran, andere, praktikablere Hypoxie-Schemata zu finden, die möglicherweise wirksam sind", sagt Mootha. "Unsere Vision ist es, Patienten und ihren Familien eine Therapie anbieten zu können, die Krankheiten nicht nur stoppt, sondern auch heilt, aber wir arbeiten immer noch nur in Tiermodellen. Wir sind noch nicht dort, aber wir haben alle Hände an den Kopf." um dieses Konzept voranzutreiben. "
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