Isotopenforschung und Medizin: Erstmals Alter von Nervenzellen im menschlichen Riechkolben bestimmt

Der Riechkolben (bulbus olfactorius) ist die zentrale Schaltstelle für olfaktorische Reize und das Ziel von neugebildeten Nervenzellen in den meisten Säugetieren. Isotopenforscher Jakob Liebl fand im Rahmen seiner Dissertation an der Universität Wien mit Hilfe des Kohlenstoffisotops C-14 heraus, dass diese Zellen im Gegensatz zu anderen Säugetieren beim Menschen bereits bei der Geburt vollständig vorhanden sind. Die Forschungsergebnisse, die in Zusammenarbeit mit dem Karolinska Institut in Stockholm entstanden, erschienen aktuell in der renommierten Fachzeitschrift Neuron.

Bis heute war unklar, in welchem Ausmaß eine, für wesentliche Aspekte unseres Geruchssinns wichtige, Neubildung von Nervenzellen auch im erwachsenen Menschen stattfindet. Anosmie, der Verlust des Geruchssinns, ist eine häufig auftretende und frühe Begleiterscheinung von neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer oder Parkinson. Es wird vermutet, dass dies in Zusammenhang mit einer reduzierten Neubildung von Nervenzellen im erwachsenen Riechkolben steht.

Interdisziplinäre Kooperation Schweden - Österreich

In Kooperation mit Medizinern und Mikrobiologen am Karolinska Institut in Schweden entdeckte der Physiker Jakob Liebl, dass die Neubildung von Nervenzellen im Riechkolben beim Menschen vollständig bis zur oder kurz nach der Geburt abgeschlossen ist. Eine Erneuerung, falls eine solche überhaupt stattfindet, betrifft innerhalb von 100 Jahren weniger als ein Prozent der Nervenzellen. Für die Gesamtheit aller anderen Zellen im Riechkolben des Menschen konnte Liebl eine verschwindend kleine Erneuerungsrate von rund 2 bis 3,4 Prozent pro Jahr feststellen.

Das Alter menschlicher Zellen kann durch Messung der extrem niedrigen Konzentration des radioaktiven Kohlenstoffisotops C-14 in deren DNA untersucht werden. C-14 hat eine Halbwertszeit von circa 5.700 Jahren und wird auf natürliche Weise durch kosmische Strahlung in der äußeren Atmosphäre der Erde erzeugt.

Besondere Herausforderung: Aufspüren von C-14 in der DNA

Im menschlichen Riechkolben sind einige Millionen Nervenzellen angesiedelt. Diese können mittels Fluoreszenzfarbstoffen markiert und von anderen Zellen getrennt werden. Durch Messung des C-14-Gehalts in der DNA dieser Zellen kann deren Alter bestimmt werden. Da in der Natur nur sehr wenig C-14 vorhanden ist, ist die Bestimmung des C-14-Gehalts in sehr kleinen Proben eine besondere Herausforderung. Durchschnittlich befindet sich in der DNA von zehn Zellen nur ein einziges C-14-Atom.

VERA macht es möglich

Bei einer C-14 Messung mittels Beschleuniger-Massenspektrometrie (AMS) werden an der Universität Wien am Vienna Environmental Research Accelerator (VERA) einzelne C-14 Atome gezählt. Die bei VERA entwickelte Methodik erlaubt es, den C-14 Gehalt in Mikrogramm-Proben zu untersuchen. Dies war eine wesentliche Voraussetzung, um eine kleine Hirnregion, wie das Riechzentrum im Menschen, erfolgreich untersuchen zu können. Die Entwicklungen dazu führte Jakob Liebl im Rahmen seiner Dissertation unter Anleitung von Walter Kutschera, emeritierter Universitätsprofessor für Isotopenforschung, und Assistenzprofessor Peter Steier durch.

Quelle: idw / Universität Wien