Enthüllungen über das „Mini-Gehirn“ des Herzens dank Zebrafisch

Obwohl das Herz vom Gehirn gesteuert wird, verfügt es über ein ausgeprägtes und kleineres intrakardiales Nervensystem (ICNS), das in den oberflächlichen Schichten der Herzwand eingebettet ist.

Von Forschern vor einigen Jahrzehnten als Mini-Gehirn bezeichnet, galt das SNiC bis dahin als eine Struktur, die nur einfache Informationen vom Gehirn zum Herzen weiterleiten konnte.

Dank neuer Arbeiten an den intrakardialen Neuronen erwachsener Zebrafische haben Forscher des Karolinska Institutet in Stockholm, Schweden, dieses Dogma in Frage gestellt und gezeigt, dass seine Rolle viel umfassender ist.

Dieses Minigehirn verfügt über mehrere Arten von Neuronen, darunter sympathische und parasympathische Neuronen sowie sensorische Neuronen mit offensichtlicher neurochemischer und funktioneller Vielfalt. Es hat eine vom Zentralnervensystem (ZNS) unabhängige Wirkung und spielt eine Schlüsselrolle bei der Steuerung der Herzfrequenz.

Diese Daten, veröffentlicht in Naturkommunikation , könnte zu neuen Forschungsergebnissen zu Herzrhythmusstörungen, Demenz oder sogar der Parkinson-Krankheit führen.

Wenig Arbeit am intrakardialen Nervensystem

Mini-Gehirnneuronen seien unzureichend erforscht, sagte er Konstantinos AmpatzisHauptforscher der Studie und Assistenzprofessor für Neurowissenschaften am Karolinska Institutet.

„Kardiologen wissen, dass es Neuronen gibt, erforschen sie aber nie, denn sie interessieren sich in erster Linie für die Herzmuskelzellen oder Kardiomyozyten, die für den Herzschlag verantwortlich sind“, erklärte er. Und gleichzeitig „verstehen und entschlüsseln Neurowissenschaftler Neuronen, kennen aber die Neuronen des Herzens nicht.“ »

Eine innovative Studie mit Zebrafischen

Das Team von Dr. Ampatzis kartierte die genaue Zusammensetzung, Organisation und Funktion von Neuronen im SNiC anhand des Zebrafisches als Tiermodell.

„Das Herz des Zebrafisches ähnelt eher dem des Menschen als dem der Maus“, erklärte er. „Die Herzfrequenz eines Zebrafisches ist genau gleich. »

Zur Charakterisierung dieser Neuronen wurden verschiedene Techniken eingesetzt. Die Elektrophysiologie bestimmte ihre Funktion und Forscher der Columbia University (New York, USA) halfen dabei, ihre molekularen Signaturen mithilfe der Einzelzell-RNA-Sequenzierung zu identifizieren.

Dr. Ampatzis und sein Team analysierten außerdem die Neurotransmitter, die Neuronen freisetzen, um miteinander zu kommunizieren. Forscher aus Schweden und New York arbeiteten in ihrer Freizeit an diesem Projekt, da ihnen keine zusätzlichen Mittel zur Verfügung standen.

Dr. Ampatzis erwartete, Ganglien oder Relaisneuronen zu sehen, die nur Informationen empfangen oder senden können.

„Aber wir haben in einem kleinen Netzwerk einen sehr vielfältigen Satz von Neuronen gefunden“, sagte er.

Ihre Ergebnisse umfassten sympathische, parasympathische und sensorische Neuronen mit offensichtlicher neurochemischer und funktioneller Vielfalt.

Wesentliche Schrittmacherneuronen

Am überraschendsten war eine Untergruppe von Schrittmacherneuronen.

„Es ist unmöglich, dass ein Netzwerk ohne diese Neuronen einen Rhythmus erzeugt, und um ehrlich zu sein, haben wir das auch nicht erwartet“, sagte Dr. Ampatzis.

Herzschrittmacherneuronen sind im Allgemeinen mit sogenannten zentralen Mustergeneratornetzwerken im Zentralnervensystem verbunden.

„Wir haben jedoch herausgefunden, dass dieses neuronale Netzwerk in einem isolierten Herzen ohne Gehirninformationen funktioniert und dass es den Herzrhythmus und seine Regelmäßigkeit selbst verändern kann“, sagte Dr. Ampatzis.

Andere Studien haben bestätigt, dass Neuronen keinen Rhythmus erzeugen, der von Kardiomyozyten gesteuert wird. Die Hauptfunktion von Neuronen besteht darin, die Geschwindigkeit des Herzschlags zu regulieren. Mit anderen Worten: Dieses kleine, lokalisierte Netzwerk fungiert als eine Art System, das die Kontrolle des Herzschlags durch das Gehirn schützt. „Aus evolutionärer Sicht denke ich, dass das System so aufgebaut ist, weil der Herzschlag das Leben definiert“, fügt er hinzu.

Auf dem Weg zu weniger invasiven Therapien

Sobald die Neuronen des Herzens kartiert sind, verfügen medizinische Forscher nun über einen Werkzeugkasten mit molekularen Markern, Neurotransmittern und anderen Informationen über die Funktionsweise dieser Neuronen. Diese Ergebnisse könnten als Grundlage für weitere Forschungen dienen.

Es könnte möglich sein, Herzrhythmusstörungen durch Modulation von Schrittmacherneuronen zu untersuchen, schlägt Dr. Ampatzis vor. „Wir könnten sogar spezifische Medikamente finden, die in dieses lokale Netzwerk des Herzens eingreifen können“, sagte er und fügte hinzu, dass dies eine weniger invasive Option als heute sein könnte.

Arrhythmie betrifft Millionen von Menschen, erinnerte sich die Dr. Oliver Guttmannberatender Kardiologe am Wellington Hospital und Honorardozent für Kardiologie am University College London, beide in London, England. Und einige Behandlungsmöglichkeiten können invasiv sein.

„Wir führen Ablationen durch, um zu versuchen, bestimmte Bereiche des Herzens zu verbrennen oder einzufrieren, um den Rhythmus zu unterdrücken, da er oft irgendwo von überaktiven Zellen herrührt“, sagte er.

Auch Herzschrittmacher und Defibrillatoren werden benötigt, um gefährliche Rhythmen zu modulieren. Innovationen zielen darauf ab, Eingriffe viel weniger invasiv zu machen, als sie es heute sind, beispielsweise durch die Entwicklung immer kleinerer Herzschrittmacher.

Der Übergang vom Zebrafisch zu komplexeren Säugetiersystemen werde der nächste große Schritt sein, sagte er David PatersonLeiter der Abteilung für Physiologie, Anatomie und Genetik und Ehrendirektor des Burdon Sanderson Cardiac Science Centre an der Universität Oxford (Oxford, England). „Wenn es gelingt, den molekularen Weg der Fehlregulation zu finden, könnte dies ein potenzielles Ziel für Gentherapie, Zelltherapie oder Neuromodulationstherapie sein“, erklärte er. Dieses Gebiet, das manchmal auch als bioelektronische Medizin bezeichnet wird, stößt auf wachsendes Interesse. „Es ist wie Pharmakologie, aber es gibt keine Medizin. Es geht darum, die Verkabelung des Nervensystems nutzbar zu machen“, fügte er hinzu.

Radikalere Forschungsansätze könnten zur Bekämpfung neurodegenerativer Erkrankungen beitragen, von Demenz bis zur Parkinson-Krankheit. „Wenn Neuronen im Gehirn sterben, sterben sie auch im Herzen und können den Herzrhythmus beeinträchtigen“, sagte Dr. Ampatzis. Mittlerweile ist jedoch bekannt, dass Zebrafisch-Neuronen Substanzen produzieren, die die Stammzellproliferation in Knochen, Haut und sogar im Nervensystem induzieren. „Wir glauben, dass diese Neuronen im Herzen möglicherweise zur Regeneration des Herzens beitragen könnten“, sagte er.

Dieser Artikel wurde aus der portugiesischen Ausgabe von übersetzt Medscape.com Teil des professionellen Netzwerks Medscape, nutzt dabei mehrere redaktionelle Tools, darunter auch KI. Der Inhalt wurde vor der Veröffentlichung von der Redaktion überprüft.