Prostaglandin F2α könnte das glymphatische System im Gehirn im Alter schützen

Ein Medikament, das zur Einleitung einer Geburt eingesetzt wird, könnte das alternde Gehirn davor schützen, toxische Abfallstoffe anzusammeln, die mit neurodegenerativen Erkrankungen wie der Alzheimer-Krankheit in Verbindung stehen.

In niedriger Dosierung kann die hormonähnliche Substanz Prostaglandin F2α glatte Muskulatur in der Gebärmutter zu Kontraktionen anregen – so lässt sich die Entbindung fördern oder Blutverlust nach der Geburt verringern.

Prostaglandin F2α und zervikale Lymphgefässe

In Rattenexperimenten eines Teams der University of Rochester (USA) löste dieselbe Behandlung jedoch nicht Kontraktionen in der Gebärmutterwand aus, sondern in den Wänden der Lymphgefässe im Halsbereich.

Wie Forschende gezeigt haben, bestehen diese Gefässe aus winzigen, rhythmisch pulsierenden „Pumpen“, die „verschmutzte“ Flüssigkeit aus dem Gehirn in die Lymphknoten des Halses befördern, wo sie „gereinigt“ wird.

Dieses zentrale Recyclingsystem trägt dazu bei, das Gehirn leistungsfähig und gesund zu halten – doch mit zunehmendem Alter scheint es nachzulassen.

Das glymphatische System: „Recyclingprogramm“ für Liquor (CSF)

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wussten nicht einmal, dass dieses Recyclingprogramm – das glymphatische System – existiert, bis eine Mausstudie aus dem Jahr 2012 seine Präsenz in Säugetiergehirnen aufzeigte.

Inzwischen gilt das glymphatische System auch beim Menschen als nachgewiesen und ist zuletzt als wichtiger Faktor bei der Entstehung entzündlicher Hirnerkrankungen in den Fokus gerückt, darunter Demenz, Alzheimer und Parkinson.

Der Liquor (CSF) ist eine klare, farblose Flüssigkeit, die Gehirn und Rückenmark mit einem schützenden, nährstoffreichen „Cocktail“ umspült. Während sie durch das zentrale Nervensystem zirkuliert, nimmt sie jedoch zugleich Abfallprodukte auf, die regelmässig entfernt werden müssen.

Beim Menschen wird der Liquor, der das Gehirn umgibt, nahezu kontinuierlich abgeleitet, gereinigt und erneuert – insgesamt wird er drei- bis fünfmal pro Tag ausgetauscht.

Alterseffekte, Abfallentsorgung und mögliche Therapieansätze bei Alzheimer

Mit dem Alter verlangsamt sich dieser Ablauf allerdings, was das Risiko für kognitiven Abbau erhöht. Hohe Konzentrationen toxischer Nebenprodukte im Liquor wurden bereits vor dem Auftreten neurologischer Erkrankungen beobachtet, und Studien haben eine verlangsamte Liquor-Clearance mit schlechterer Schlafqualität und geringerer kognitiver Leistungsfähigkeit in Verbindung gebracht.

Forschende der University of Rochester konnten zeigen, dass bei älteren Ratten die Lymphgefässe, die Liquor ableiten, weder mit derselben Frequenz noch mit derselben Kraft pumpen. Ausserdem funktionieren die zahlreichen Klappen, die den Flüssigkeitsstrom in die richtige Richtung sichern, nicht mehr zuverlässig: Sie öffnen und schliessen sich nicht mehr korrekt.

Im Vergleich zu jüngeren Tieren fanden die Forschenden zudem, dass ältere Ratten über Lymphgefässe verfügen, die Liquor 63 Prozent langsamer abführen.

Doch möglicherweise ist dieser Rückgang nicht zwangsläufig: Mit Prostaglandin F2α gelang es dem Rochester-Team, den Durchfluss der „Abwasserentsorgung“ des Gehirns bei älteren Ratten wiederherzustellen.

„Diese Forschung zeigt, dass die Wiederherstellung der Funktion zervikaler Lymphgefässe die altersbedingt verlangsamte Entfernung von Abfallstoffen aus dem Gehirn deutlich verbessern kann“, erklärt der Maschinenbauingenieur Douglas Kelley von der University of Rochester.

„Ausserdem wurde dies mit einem Medikament erreicht, das klinisch bereits verwendet wird – das eröffnet eine mögliche Behandlungsstrategie.“

Ob der Wirkstoff auch beim Menschen funktioniert, ist noch offen. Bei Ratten verbesserte er den Liquorfluss bei älteren Tieren jedoch so, dass die Werte an jüngere Mäuse heranreichten.

Verabreicht wurde das Medikament lokal an Lymphgefässe im Hals der Nagetiere, weil die Forschenden herausfanden, dass gerade diese Gefässe den grössten Anteil des Liquors ableiten.

Wie Kelley betont, liegen diese zervikalen Lymphgefässe „praktischerweise nahe an der Hautoberfläche“, was sie zu attraktiven Zielstrukturen für weitere Untersuchungen macht.

„Man kann sich vorstellen, wie dieser Ansatz – vielleicht kombiniert mit anderen Interventionen – die Grundlage für zukünftige Therapien gegen diese Erkrankungen bilden könnte“, sagt Kelley.

Dennoch ist bis dahin noch viel Arbeit nötig. Seit der Entdeckung des glymphatischen Systems ist erst etwas mehr als ein Jahrzehnt vergangen, und Forschende stossen weiterhin auf völlig neue Netzwerke winziger Kanäle, durch die der Liquor fliesst. Auch die verborgenen Wellen, die diese Flüssigkeiten vorantreiben, werden erst nach und nach sichtbar.

Erst vor Kurzem wurde zudem eine ganz neue Schicht der Hirnanatomie entdeckt – nur wenige Zellen dick –, die das glymphatische System des Gehirns unterstützt.

Dieses schnell wachsende Feld der Neurowissenschaften wird uns noch länger beschäftigen.

Die Studie wurde in Nature Aging veröffentlicht.