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04.03.2015

Nanomechanik von Nervenfasern entschlüsselt


Ohne sie könnten wir uns weder bewegen noch denken oder atmen: Nerven befinden sich überall im menschlichen Körper. Sie leiten Impulse durch den Körper - beim peripheren Nervensystem, das sich außerhalb von Gehirn und Rückenmark befindet, beispielsweise an die Muskeln. Ein Nerv besteht aus zahlreichen Nervenfasern, die gleichzeitig stabil und beweglich bleiben müssen. Die dahinter steckende Nanomechanik bei peripheren Nervenfasern hat nun eine Arbeitsgruppe um Priv.-Doz. Dr. Victor Shahin vom Institut für Physiologie II der Universität Münster entschlüsselt. Die Ergebnisse zeigen erstmals eine direkte Verbindung zwischen der Nanomechanik der Nerven und nervlichen Erkrankungen auf.

Für ihre Arbeit experimentierten die Wissenschaftler mit den winzigen Nervenfasern von Mäusen. Die Fasern von gesunden Tieren und von solchen mit einer nervlichen Erkrankung wurden von Dr. Burkhard Gess und Prof. Peter Young aus der münsterschen Uniklinik für Klinik für Schlafmedizin und Neuromuskuläre Erkrankungen gestellt. Für ihre Experimente kombinierten die Forscher eine hoch moderne Technologie, die erstmalig Atomic-Force-Mikroskopie (AFM) und Confocal-Scanning-Mikroskopie (CFM) simultan kombiniert.

"Wir haben die einzelnen Nervenfasern großem Kompressionsdruck ausgesetzt", berichtet Gonzalo Rosso aus der Arbeitsgruppe von Projektleiter Shahin, "und diesen dann mit Hilfe einer nur wenige Nanometer großen AFM-Spitze graduell erhöht." Im Anschluss wurde protokolliert, wie schnell sich die Fasern von der Kompression erholen und wieder normal funktionieren konnten. Zugleich wurde die Oberfläche der Nervenfaser mit Hilfe der Fluoreszenztechnik CFM sichtbar gemacht. "So gelang uns zum ersten Mal eine gleichzeitig strukturelle wie mechanische Messung einer Nervenfaser", erläutert Shahin. Die Forscher fanden heraus, dass die Nervenfasern der kranken Mäuse lange nicht so stabil waren wie die der gesunden sowie teilweise deformiert und unumkehrbar verändert wurden, was dann zum Funktionsverlust führt.

"Anhand der zweifachen Messung konnten wir außerdem den Teil der Nervenfaser identifizieren, der für diese so wichtige Stabilität verantwortlich ist", beschreibt Rosso. "Es handelt sich um die Basalmembran, eine aus Proteinen bestehende Schutzschicht der Nervenfaser." Zudem konnten die Wissenschaftler durch ihre nanotechnologische Arbeit den Funktionsort des Proteins PMP-22 nachweisen, dessen Fehlfunktion bei diversen schweren Neuropathien (nervlichen Erkrankungen) bereits nachgewiesen ist: Das Protein verbindet die Basalmembran mit einer weiteren Schutzschicht der Nervenfaser, der Myelinscheide. Durch diese Erkenntnisse ist die Arbeit nicht nur aus technischer Perspektive - erstmalige Kombination der Nanotechnologien AFM und CFM - außergewöhnlich, sondern könnte auch für die klinische Praxis wichtig werden. "Mit unserer Forschung haben wir zu einem besseren Verständnis der Zusammenhänge zwischen den mechanischen Eigenschaften von Nervenfasern und nervlichen Erkrankungen beigetragen", so Shahin nicht ohne Stolz.

Doch die Studie ist nicht nur aus wissenschaftlicher Sicht herausragend: Sie ist auch beispielhaft für eine erfolgreiche interdisziplinäre und internationale Zusammenarbeit. Erstautor ist Gonzalo Rosso aus Uruguay, der seit zwei Jahren als Stipendiat in Münster forscht und bei Shahin, der aus Israel stammt, promoviert. Zudem beteiligten sich Dr. Alejandra Kun, die ebenfalls in Uruguay lebt, und aus Shahins Arbeitsgruppe Dr. Ivan Liashkovich aus Weißrussland an den Experimenten. Mit Dr. Gess und Prof. Young steuerten zwei Deutsche neben den Maus-Nervenfasern auch Fachwissen bei.

—> Originalpublikation

Quelle: Universität Münster




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