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Spinale Muskelatrophie: Wenn die Nerven versagen
18.10.2005 - Für Kinder und Jugendliche mit Spinaler Muskelatrophie gibt es bislang nur wenige Therapiemöglichkeiten. Oft sterben sie schon in jungen Jahren. Wissenschaftler vom Biozentrum der Universität Würzburg haben jetzt einen Ansatzpunkt gefunden, über den sich die Lage der Betroffenen womöglich verbessern lässt. Ihre Ergebnisse stellen die Forscher in der Oktober-Ausgabe der Zeitschrift "Genes & Development" vor.
Bild: Photocase
Die Spinale Muskelatrophie ist eine erbliche Krankheit, die im Kinder-, Jugend- oder Erwachsenenalter auftreten kann - je nach Schweregrad der Erkrankung. Bei besonders schlimmen Formen sterben die Betroffenen wegen einer ausgeprägten Muskelschwäche und fortschreitenden Lähmungen schon im Säuglingsalter. Bei anderen können die Ärzte durch Krankengymnastik und orthopädische Hilfsmittel die Mobilität und Vitalität für längere Zeit erhalten.
Die Spinale Muskelatrophie ist nicht selten: Sie trifft etwa einen von 6.000 Menschen. Auf Grund einer Veränderung des Erbguts besitzen die Betroffenen zu wenig von dem Protein SMN (Survival Motor Neuron). Ein Mangel, der sich besonders in denjenigen Nervenzellen im Rückenmark zeigt, die die Bewegung der Muskeln steuern: Diese so genannten Motoneuronen verlieren den Kontakt zum Muskel und sterben ab, Lähmungen sind die Folge.
In den vergangenen Jahren haben Forscher herausgefunden, dass SMN in allen Körperzellen maßgeblich daran beteiligt ist, die Erbinformation aus der DNA abzurufen. "Dieses Protein übernimmt die Rolle eines Maschinenbauers: Es konstruiert aus mehreren Einzelteilen eine Maschine, die dann im Zellkern eine wichtige Rolle spielt", erklärt Utz Fischer.
Genau diese Maschine - die Forscher sprechen von einem "Ribonukleoprotein-Partikel" - spielt beim Absterben der Nervenzellen offenbar eine tragende Rolle. Das hat Biochemiker Fischer mit Kollegen aus der Würzburger Physiologischen Chemie herausgefunden: Wenn zu wenige SMN-Proteine vorhanden sind, entstehen auch nicht genug von den Maschinen, und die für Muskelbewegungen so wichtigen Nervenzellen gehen zugrunde.
Das zeigte sich bei Experimenten mit Zellkulturen und Zebrafischen. Als die Forscher bei den Tieren die Aktivität des SMN-Gens unterdrückten, starben die Motoneuronen ab. Injizierten sie den Tieren aber gleichzeitig funktionsfähige Maschinen, blieben die Nervenzellen erhalten und wuchsen normal. In einer anderen Versuchsreihe wurden bei gesunden Fischen Faktoren unterdrückt, die quasi als Assistenten des Baumeisters wirken, die also zusammen mit dem SMN-Protein für den Aufbau der Maschinen nötig sind. Auch in diesem Fall starben die Nervenzellen ab - obwohl genug SMN da war. Daraus schließen die Forscher vom Biozentrum: Der Baumeister und seine Assistenten können durch das Einbringen vorgefertigter Maschinen ersetzt werden.
Damit haben die Würzburger Forscher einen weiteren Ansatzpunkt gefunden, der womöglich einen Therapieweg bei Spinaler Muskelatrophie öffnet: Man könne versuchen, die Produktion der Maschinen zu stimulieren, so Professor Fischer. Eine andere Strategie wird in der experimentellen Forschung seit längerem verfolgt: Man erhöht dabei die Menge an SMN-Protein, indem man das SMN-Gen zu größerer Aktivität antreibt. Bei den Patienten ist dieses Gen nämlich vorhanden, aber aufgrund von Mutationen funktioniert es nicht gut genug.
Diese Arbeit hat zugleich geholfen, eine in der Biochemie wichtige Frage zu klären: "Wenn ganz allgemeine Stoffwechselwege, die in allen Zellen gleich laufen, geschwächt sind, wirkt sich das nicht zwangsläufig auf alle Zellen gleichermaßen fatal aus. Vielmehr kann es, wie im Fall der Spinalen Muskelatrophie, zum Untergang ganz definierter Zellen oder Gewebe kommen", sagt Fischer. Weitere Forschungen sollen klären, warum der "Maschinenmangel" zwar die Motoneuronen beeinträchtigt, nicht aber die anderen Zellen des Körpers.
Quelle: Bayerische Julius-Maximilians-Universität Würzburg
Träge Muskeln "rosten" rasch
19.01.2005 -
Wer rastet, rostet bekanntlich. Dieser Prozess setzt erstaunlich schnell ein, berichten zwei amerikanische Biowissenschaftler im "Journal of Physiology". Bei Ratten lassen sich demnach schon nach zwei Tagen körperlicher Inaktivität deutliche Stoffwechsel-Veränderungen feststellen. Insbesondere sinkt die Empfindlichkeit der Muskelzellen für das Hormon Insulin.
"Dies zeigt, dass die Insulineffizienz innerhalb kürzester Zeit sinkt - mit potenziell negativen Konsequenzen", erläutert David Kump von der University of Missouri, Columbia. Insulin wird von der Bauchspeicheldrüse ausgeschüttet und regt die Körperzellen an, Glucose aus dem Blut aufzunehmen. Eine Insulinresistenz gilt daher als erster Schritt auf dem Weg zu erhöhtem Blutzucker und Diabetes.
Kump und sein Kollege Frank Booth studierten Laborratten, die sich zunächst nach Herzenslust in Laufrädern austoben durften. Dann nahmen die Forscher die "Trainingsgeräte" aus den Käfigen und untersuchten zu unterschiedlichen Zeitpunkten, ob und wie die Muskulatur der Tiere auf die Inaktivität reagiert hatte. Schon nach 53 Stunden war eine deutliche Veränderung festzustellen.
Nicht nur trugen die Muskelzellen der inaktiven Tiere weniger Insulinrezeptoren, fanden die Forscher. Diese Rezeptoren reagierten auch deutlich träger auf das Hormon als jene bei aktiven Tieren und riefen eine schwächere Zellantwort hervor - erkennbar an einer geringeren Produktion von Glucosetransporten und einer um gut 30 Prozent reduzierten Zuckeraufnahme der Zellen. Da die biochemischen Veränderungen praktisch gleichzeitig auftraten, vermuten Kump und Booth, dass sie letztlich durch eine einzige Kontrollinstanz im Stoffwechsel ausgelöst wurden.
Forschung: David S. Kump und Frank W. Booth, Department of Medical Pharmacology and Physiology und Department of Veterinary Biomedical Sciences, University of Missouri, Columbia
Veröffentlicht in Journal of Physiology, DOI 10.1113/jphysiol.2004.073593
Gen hält Muskeln im Zaum
24.06.2004 - Ein evolutionär altes Gen hält beim Menschen das Muskelwachstum in Grenzen. Das hat eine deutsch-amerikanische Forschergruppe bei der Untersuchung eines ungewöhnlich muskulösen Kleinkindes entdeckt. Eine gezielte Blockade dieses Gens könnte vielleicht zur Behandlung krankhaften oder altersbedingten Muskelschwunds genutzt werden - allerdings auch zum Doping.
"Dies ist der erste Beleg dafür, dass Myostatin die Muskelmasse bei Menschen auf ähnliche Weise reguliert wie bei anderen Tieren", erläutert Se-Jin Lee von der Johns Hopkins University in Baltimore, Maryland. Der Molekularbiologe und seine Kollegen hatten im Jahr 1997 entdeckt, dass Mäuse mit einem Defekt im Myostatin-Gen doppelt so muskulös sind wie normale Artgenossen. Ein ähnlicher Effekt wurde bei Zuchtrindern gefunden. Die Rolle des Gens und des von ihm codierten Wachstumsfaktors beim Menschen war jedoch unklar.
Im "New England Journal of Medicine" stellen die Forscher um Lee und Markus Schülke von der Berliner Charité nun einen Jungen vor, der mit übermäßig entwickelter Arm- und Beinmuskulatur geboren worden war. Inzwischen viereinhalb Jahre alt, besitzt das Kind das Doppelte der altersüblichen Muskelmasse und kann 3-Kilogramm-Gewichte an ausgestreckten Armen halten. Die Forscher fanden, dass bei dem Jungen beide Kopien des Myostatin-Gens - sowohl die von der Mutter als auch die vom Vater geerbte - eine Mutation aufweisen. Als Folge produzieren seine Zellen praktisch kein Myostatin.
In der Verwandtschaft des Jungen seien bereits mehrere Personen durch ungewöhnliche Kraft aufgefallen, berichten die Forscher. Allerdings stand nur von der Mutter, einer ehemaligen Profisportlerin, eine DNA-Probe zur Verfügung. Erwartungsgemäß fand sich die Mutation auch hier, jedoch nur in einer der beiden Kopien des Gens. Trotz des vollständigen Myostatin-Ausfalls ist der Junge gesund. Laut Schülke und Kollegen kann aber nicht ausgeschlossen werden, dass die Muskelhypertrophie später eventuell den Herzmuskel erfasst und dann Beschwerden verursacht.
Forschung: Markus Schülke, Klinik für Pädiatrie mit Schwerpunkt Neurologie, Charité-Universitätsmedizin Berlin; Se-Jin Lee, Department of Molecular Biology & Genetics, Johns Hopkins School of Medicine, Baltimore, Maryland; und andere
Veröffentlicht in New England Journal of Medicine, Vol 350(26), 24. Juni 2004, pp 2682-8
Quelle: Scienceticker
Gentherapie
lässt Muskeln wachsen
17.02.2004
- Muskeln sprechen besser auf Training an, wenn man ihnen
zuvor das Gen für ein Wachstumshormon injiziert hat.
Entsprechende Versuche haben amerikanische Physiologen an
Ratten durchgeführt. Vielleicht könnten auch Patienten
mit Muskelschwäche auf diese Weise behandelt werden,
so die Forscher. Allerdings würde die Technik auch
ein kaum nachweisbares Doping ermöglichen.Lee
Sweeney von der University of Pennsylvania, Philadelphia,
und seine Kollegen spritzten ein Virus, in das sie das Gen
für den Wachstumsfaktor IGF-I eingebaut hatten, in
den Hinterbeinbeuger von Ratten. Absolvierten die Tiere
dann ein achtwöchiges Krafttraining in Form von Leiterklettern,
stiegen Masse und maximale Zugspannung des Muskels um gut
30 Prozent an.Training
bzw. Gen allein ließen den Muskel nur um 23 bzw. 15
Prozent anschwellen, berichten die Forscher im "Journal
of Applied Physiology" und auf der Jahrestagung der
Wissenschaftsorganisation AAAS in Seattle. Ihrer Ansicht
nach hatte der von einigen Muskelzellen zusätzlich
produzierte Wachstumsfaktor die Teilung und Differenzierung
von Satellitenzellen angeregt, den Vorläuferzellen
der Muskelfaserzellen. Und wurden die Tiere ihrer Trainingsmöglichkeit
beraubt, verloren die behandelten Muskeln nur halb so viel
Masse wie die unbehandelten.Die
Methode könnte eine neue Runde im Kampf zwischen Dopingfahndern
und Dopingsündern einläuten, so Richard Pound
von der World Anti-Doping Agency auf der Tagung in Seattle.
Die Behandlung sei mit derzeitigen Methoden, etwa durch
Blut- und Urinanalysen, kaum nachweisbar. Was das genetische
Doping angehe, befinde man sich in einer ähnlichen
Situation wie vor drei bis vier Jahrzehnten: Damals habe
es kaum Nachweismethoden oder Vorschriften für "herkömmliche"
Dopingmittel gegeben.Forschung:
Sukho Lee und Roger P. Farrar, Department of Kinesiology,
University of Texas, Austin; Elisabeth R. Barton und H.
Lee Sweeney, Department of Physiology, University of Pennsylvania,
PhiladelphiaVeröffentlicht
in Journal of Applied Physiology, Vol. 96, März 2004,
pp 1097-104 / Präsentation auf dem Annual Meeting of
the AAAS, Seattle
Quelle: scienceticker
Veröffentlichung
mit freundlicher Genehmigung
von Prof. Dr. Niels Birbaumer
Macht der Gedanken
Hirnströme steuern die Computer - und sind
für ALS-Patienten die letzte Brücke der Kommunikation
(08.09.1999) Am Haarwirbel klebt das wichtigste
Kabel. Es sendet die Schwankungen der Hirnströme von
Hans-Peter Salzmann an den Computer. Sieben weitere Elektroden
gehen vom Kopf des 44-jährigen Gelähmten ab. Seine
Augen fixieren einen Ball auf dem Monitor. Denkt Salzmann
an Ruhe, fällt der Ball nach unten; denkt er an Hektik,
fliegt er nach oben. So wählt er seit einem Jahr auch
Buchstaben aus- und wurde zum wohl ersten Mann der Welt,
der ganz ohne Muskelkraft schreibt. Forscher
der Tübinger
Universität haben dies mit der bisher einmaligen
„Gedanken-Übersetzungsmaschine“ möglich
gemacht. Professor Niels Birbaumer und sein Team vom Institut
für Medizinische Psychologie und Verhaltensneurologie
arbeiten mit Patienten, die an der Amyotrophen Lateralsklerose
(ALS) leiden - eine Nervenkrankheit, die auch der britische
Astro-Physiker Stephen
Hawking hat und die vor allem durch ihn bekannt wurde.
Gefangen
im eigenen Körper
Die Folgen der Erkrankung sind grausam: Die Muskelkraft
der Patienten schwindet bis hin zur Lähmung. Denn die
Bindeglieder zwischen Hirn und Muskeln - das erste und zweite
Motorneuron - gehen durch einen gestörten Stoffwechsel
langsam zu Grunde. Sie werden vom Enzym Superoxid-Dismutase
zerstört, das nicht mehr richtig funktioniert. Wahrscheinlich
produziere es Radikale, die die Nervenzellen angreifen,
sagt Professor Albert Ludolph von der Neurologischen
Klinik in Ulm. Bei den Patienten sterben daher die Nervenzellen
ab. Im fortgeschrittenen Stadium klopft nur noch das Herz,
und die Verdauung funktioniert. Rund 6000 Menschen leiden allein in Deutschland
an ALS, vorwiegend Männer. 70 Prozent von ihnen sterben
innerhalb von drei bis vier Jahren. Nur fünf Prozent
leben länger als ein Jahrzehnt mit der Krankheit. Die
Todesursache ist meist Atemstillstand. Im Alter von 50 bis
70 Jahren tritt die Krankheit am häufigsten auf. Über
die Ursache von ALS ist noch wenig bekannt. Forschungen
hätten ergeben, dass etwa ein Zehntel der Fälle
auf genetische Veranlagung zurückzuführen ist,
sagt Ludolph. Seit drei Jahren ist das Medikament Riluzol
auf dem Markt, das die Lebenserwartung der Patienten aber
nur um wenige Monate verlängert. Doch
Menschen wie Salzmann geben nicht auf. Seit sechs Jahren
kann er nicht mehr von selbst atmen. Durch einen Schnitt
in der Luftröhre strömt Sauerstoff in die Lungen.
Das so genannte „Locked-in-Syndrom“ ist vollendet.
Salzmann kann Farben, Töne und Gefühle wahrnehmen
- aber nichts mehr weitergeben. Dennoch sind die wenigsten
ALS
-Patienten ihres Lebens müde. „Nur in der Anfangsphase
der künstlichen Beatmung haben viele Depressionen“,
hat Birbaumer beobachtet. Kommunikation
als Lebensbrücke
Die
Fähigkeit zu kommunizieren erhalte ihren Lebensmut.
„Wenn sie das nicht mehr können, ist es aus“,
sagt der Psychologe. So steigert die „Gedanken-Übersetzungsmaschine“
die Lebensqualität der Gefangenen im eigenen Körper.
Die geringe Neigung zu Depressionen erklärt Birbaumer
so:“Das Gehirn kann vieles kompensieren. Die Dinge,
die für den Patienten übrig bleiben, treten in
den Vordergrund. Das ist wie bei Blinden, deren Gehör
an Bedeutung gewinnt.“. “Salzmann macht auf
mich immer einen gut gelaunten Eindruck“, sagt die
Psychologin Nicola Neumann, die ihn betreut. „Für
ihn ist es wichtig, das Schreiben zu trainieren und damit
eine Herausforderung zu haben“. Einzig durch Augenzwinkern
hatte sich der Stuttgarter Jurist anderen Menschen mitteilen
können, bevor er mit seinen Hirnströmen ohne fremde
Hilfe buchstabieren lernte. Schon nach einer Woche könne
ein Mensch bis zu 80 Prozent der niederen Frequenzens einer
Hirnströme kontrollieren, sagt Birbaumer.“Die
Patienten sind ganz wild darauf zu schreiben“, meint
der wissenschaftliche Mitarbeiter Thilo Hinterberger. Einfache
Aufgaben, wie durch Hirnströme Licht ein- und ausschalten,
fänden sie bald langweilig. Zurzeit haben es drei Patienten
in Stuttgart, Tübingen und Mannheim geschafft, mit
der Software Briefe zu schreiben.
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Stephen
Hawkings Sprachcomputer: Letzte Möglichkeit zur
Kommunikation .
Quelle: Burghard Güther: Stephen William Hawking
- Die Belegarbeit. (1995) |
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Auch
in München und Berlin trainieren ALS-Patienten, mit
der Tübinger Erfindung ihre Hirnströme zu kontrollieren.
Einige reisen an, um das System zu testen. Ein Schweizer
habe kürzlich Interesse gezeigt. Noch kosten die Geräte etwa 20000 Mark.
Hinterberger hofft, dass sie bald kleiner und billiger werden.
Das Schreibprogramm war bereits international vom britischen
Fachmagazin Nature (Bd. 398, S.297) vorgestellt worden.
Derzeit tüftelt das Team daran, dass die Patienten
bald im Internet surfen können. Durch die Erfahrungen
mit Salzmann haben die Forscher das Schreibprogramm verbessert.
„Die wichtigste Herausforderung ist jetzt, dass die
Patienten schneller schreiben können“, sagt Hinterberger.
Bisher dauert ein Wort bis zu einer Stunde. Zu
Neumann sagte Salzmann einmal, durch seine Krankheit habe
er die Langsamkeit entdeckt. Für seinen ersten Brief
brauchte er mehrere Tage, erinnert sich Neumann. „Das
war ein Dankesschreiben an Professor Birbaumer und eine
Einladung an uns alle, bei ihm zu Hause eine Party zu feiern“.
(dpa)
Quelle:
Prof. Dr. Niels Birbaumer
Institut für Medizinische Psychologie und Verhaltensneurobiologie
Universität Tübingen
Gartenstr. 29
D-72074 Tübingen
Tel.: +49-7071-2974219
Fax: +49-7071-205956
e-mail: niels.birbaumer@uni-tuebingen.de
Internet:www.uni-tuebingen.de
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