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Mit dem Strom ans Ziel

Kooperation von MPI-Wissenschaftlern Mit dem Strom ans Ziel

Hirnwasser schützt vor Stößen – und es transportiert Botenstoffe. Doch wie diese Botenstoffe im Gehirn befördert werden, ist bisher ungeklärt. Göttinger Max-Planck-Forscher haben jetzt herausgefunden, dass winzige Flimmerhärchen auf der Oberfläche spezialisierter Zellen den Weg weisen könnten.

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Dr. Christian Westendorf, Dr. Regina Faubel, Prof. Dr. Eberhard Bodenschatz, Prof. Dr. Gregor Eichele (von links).

Quelle: Böttcher-Gajewski

Göttingen. Durch ihre synchronisierten Schlagbewegungen erzeugen die Härchen ein komplexes Netzwerk dynamischer Ströme, die molekulare Fracht transportieren. Die Ergebnisse der Wissenschaftler lassen vermuten, dass diese Ströme Botenstoffe gezielt an ihre Wirkorte im Gehirn weiterleiten.

Die vier Hirnkammern – die sogenannten Ventrikel – werden von einer Schicht hoch spezialisierter Zellen ausgekleidet, die auf ihrer Oberfläche mit Bündeln von Flimmerhärchen besetzt sind. Zwar ist jedes einzelne von ihnen nur wenige tausendstel Millimeter groß. Doch wenn Hunderte von ihnen im Gleichklang peitschenartig schlagen, können diese Härchen kräftige Ströme erzeugen.

Prof. Gregor Eichele und Dr. Regina Faubel vom Max-Planck-Institut (MPI) für biophysikalische Chemie ist es gemeinsam mit Prof. Eberhard Bodenschatz und Prof. Christian Westendorf vom MPI für Dynamik und Selbstorganisation jetzt gelungen, das komplexe Netzwerk dieser Ströme in isoliertem Hirnkammergewebe sichtbar zu machen.

Um die Flüssigkeitsbewegung sichtbar zu machen, entwickelte Faubel, wissenschaftliche Mitarbeiterin der Abteilung Gene und Verhalten am MPI für biophysikalische Chemie, einen experimentellen Ansatz mit isoliertem Hirnkammergewebe aus der Maus. In der Kulturschale injizierte sie dem Nervengewebe fluoreszierende Kügelchen, die daraufhin als Leuchtmarker mit dem Nährmedium mitschwammen. Nachfolgend erfasste die Wissenschaftlerin den Weg eines jeden Kügelchens innerhalb des Nervengewebes unter dem Mikroskop. Mithilfe eines von Westendorf entwickelten Computerprogramms setzten die Forscher die umfangreichen Daten dann zu einem Bild zusammen.

„Wir sehen auf diesen Bildern ein komplexes Netz von ‚Flüssigkeitsstraßen‘ entlang der Innenseite der Hirnkammer“, berichtet Faubel, Erstautorin der Studie, die im Wissenschaftsjournal Science veröffentlicht wurde.

Im nächsten Schritt filmten die Wissenschaftler die Flimmerhärchen. „Unsere Experimente haben gezeigt, dass die Ströme tatsächlich allein durch die Bewegungen der Härchen erzeugt werden. Diese wären durchaus in der Lage, Botenstoffe an den richtigen Ort im Gehirn zu transportieren“, so Eberhard Bodenschatz, Leiter der Abteilung Hydrodynamik, Strukturbildung und Biokomplexität am MPI für Dynamik und Selbstorganisation. Und zur Überraschung der Forscher wechselten die Härchen in einem zeitlichen Rhythmus ihre Schlagrichtung. Nach vorherrschender Lehrmeinung gilt die Schlagrichtung der Flimmerhärchen jedoch als unveränderbar. 

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