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Neurowissenschaft: Wege durch die Blut-Hirn-Schranke

Forscher führen immer mehr Krankheiten auf Fehlfunktionen der Barriere zwischen Blutbahn und Gehirn zurück. Andererseits wollen sie diese Blut-Hirn-Schranke gezielt mit neuen Ansätzen durchbrechen, um Medikamente in das Gehirn einzuschleusen. Das könnte die Therapie von Krebserkrankungen und neurodegenerativen Störungen wie der Alzheimerdemenz revolutionieren.
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Bei einem seiner berühmten Gewebefärbeexperimente stieß der deutsche Arzt und spätere Nobelpreisträger Paul Ehrlich (1854-1915) Ende des 19. Jahrhunderts auf ein Phänomen, das die Medizin bis heute beschäftigt: Er injizierte einer Maus einen Farbstoff ins Blut, der in die Gewebe aller Organe eindrang – mit Ausnahme des Gehirns. Unter dem Mikroskop erschienen Nieren, Leber und Herz danach violettblau, allein das Zentralnervensystem blieb weißlich gelb. Als jedoch einer seiner Studenten den Farbstoff direkt ins Hirn spritzte, passierte das genaue Gegenteil: Dieses wurde dunkel, die anderen Organe nicht. Der Forscher schloss, es müsse eine Barriere zwischen dem Gehirn und dem Blutstrom geben: die Blut-Hirn-Schranke.

Erst ein halbes Jahrhundert später gelang es, diese Barriere exakt zu identifizieren – was ein Mikroskop benötigte, das etwa 5000-mal stärker vergrößerte als Ehrlichs Instrument. Denn sie verbirgt sich in den Wänden der Blutgefäße des Gehirns, die zusammengenommen über 600 Kilometer lang sind. Über feinstverzweigte Netzwerke versorgen die Adern jede einzelne der etwa 100 Milliarden Nervenzellen des menschlichen Gehirns und sind wie alle Blutgefäße von innen mit Endothelzellen ausgekleidet. Hier liegen diese Deckzellen jedoch viel dichter aneinander als im übrigen Körper; sie werden von besonderen Zellkontakten namens "Tight Junctions" (zu Deutsch: enge Verbindungen) zusammengeschweißt. Dies erklärt, weshalb weder Ehrlichs Farbstoff noch die meisten Medikamente aus dem Blut ins Hirngewebe gelangen.

Doch schon lange bevor sie diese Barriere sichtbar machen konnten, hatten Ärzte ihre Bedeutung erkannt. "Man war sich einig, dass sie wohl eine wichtige Funktion erfüllt und man sie besser nicht dabei stört", sagt der Biologe Lester Drewes von der University of Minnesota, der sich auf die Erforschung der Blut-Hirn-Schranke spezialisiert hat.

Diese Haltung hat sich inzwischen geändert, denn die Mauer im Gehirn hat sich als höchst aktiv erwiesen. Zellen auf beiden Seiten – Blutstrom und Gehirn – kommunizieren unablässig miteinander und beeinflussen sich gegenseitig. Zudem regeln vielfältige molekulare Signalwege in der Endothelmembran den Grenzübergang, indem sie bestimmte Substanzen ausschließen und andere beim Durchtritt unterstützen. Sogar weiße Blutzellen, die lange als zu groß galten, um die Blut-Hirn-Schranke zu passieren, schlüpfen regelmäßig hindurch, um nach eingedrungenen Krankheitserregern Ausschau zu halten ...

7/2014

Dieser Artikel ist enthalten in Gehirn&Geist 7/2014

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Neuwelt, E. A. et al.: Engaging Neuroscience to Advance Translational Research in Brain Barrier Biology. In: Nature Reviews Neuroscience 12, S. 169-182, 2011

Ribatti, D. et al.: Development of the Blood-Brain Barrier: A Historical Point of View. In: Anatomical Record, Part B: New Anatomy 289, S. 3-8, 2006