Auf die richtige "Rezeptur" kommt es an

Es stellte sich heraus, dass neben den Endothel und Gliazellen auch noch gefäßbegleitende Zellen notwendig sind, die man über lange Zeit vernachlässigt hatte. Hierbei handelt es sich um sog. Perizyten, die normalerweise den Endothelzellen von außen aufsitzen und im Gehirn besonders gehäuft vorkommen (s. Abb. 1 u. 2).

Unser Ziel ist, das Modell so zu standardisieren, dass je nach experimentellem Anspruch sowohl zweidimensionale Zellrasen als auch Kapillaren hergestellt werden können. In der Kulturschale produzierte Kapillaren würden sich ausgezeichnet dazu eignen, das Entstehen krankhafter Veränderungen der Gehirngefäße zu untersuchen.

Das stark differenzierte Schranken und Transportsystem der Blut-Hirn Schranke ist durchaus störanfällig. So treten bei Erkrankungen des zentralen Nervensystems häufig sog. Schrankenstörungen auf, die man anhand des Nervenwassers (Liquor) nachweisen kann. Entzündungen des zentralen Nervensystems können Schrankenstörungen verursachen und zu typischen Veränderungen der im Liquor gelösten Eiweiße führen. Bei regionalen Erkrankungen des Gehirns kann man die Schrankenstörung heute durch moderne bildgebende Verfahren wie Computer oder Kernspintomographie sichtbar machen. Der Nachweis von intravenös verabreichtem Kontrastmittel im umgebenden Hirngewebe markiert den lokalen Schrankendefekt und dient zur Beurteilung des Krankheitsverlaufes, der Krankheitsaktivität und des Therapieerfolges (Abb. 6).

Die Bedeutung dieser Schranke für die Integrität der Hirnfunktionen zeigt sich bei einer der häufigsten entzündlichen Erkrankungen des zentralen Nervensystems, der Multiplen Sklerose. Man nimmt heute an, dass Multiple Sklerose zur Gruppe der Autoimmunerkrankungen gehört: Die Immunabwehr des betroffenen Organismus richtet sich gegen körpereigene Substanzen, in der Regel Proteine.

Normalerweise sind diese Abwehrmechanismen, bei denen die Lymphozyten eine wichtige Rolle spielen, nur gegen Fremdeiweiße gerichtet. Da das Gehirn mit der Blut-Hirn-Schranke einen Schutzwall gegenüber der körpereigenen Immunabwehr besitzt, wird es auch nur gelegentlich von den im Blut patrouillierenden Lymphozyten "heimgesucht". Dringen jedoch aktivierte Lymphozyten ins Hirngewebe ein (Abb. 7), so kann es zu einem Angriff auf die körpereigenen Eiweiße in den Markscheiden der Nervenzellfortsätze kommen.

Diese Immunreaktion gegen die Markscheidenproteine führt dazu, dass die für die Erregungsübertragung von Nervenimpulsen wichtigen Markscheiden zerfallen und zum Teil abgebaut werden. Die Folge sind Sensibilitätsstörungen, Lähmungserscheinungen und Sehstörungen der Patienten. Warum die Blut-Hirn-Schranke von den aktivierten Lymphozyten unterwandert wird, ist noch nicht geklärt. Das Kulturmodell der Blut-Hirn Schranke könnte Einblicke in die krankmachenden Prozesse bei der Multiplen Sklerose gewähren, die zukünftig vielleicht neue Therapiekonzepte ermöglichen.

Die Passierbarkeit der Schranke für Lymphozyten hat besondere Aktualität hinsichtlich der BSE-Diskussion, sind doch die Ausbreitungswege dieses Erregers noch immer nicht geklärt. Um ihre tödliche Wirkung entfalten zu können, müssen BSE-Erreger, sog. Prione, in das Gehirn gelangen. Da das BSE-Prion mit der Nahrung über den Darm aufgenommen wird, muß es offenbar Zwischenstationen geben, in denen es transportiert wird und sich vermehren kann. Jüngste Untersuchungen weisen auf die besondere Rolle der Lymphozyten hin, die im Wechselspiel mit weiteren Zellen der lymphatischen Organe zu einer Vermehrung des BSE-Erregers führen, bevor er das Gehirngewebe befällt.

Wie der BSE-Erreger die Schranke passieren könnte

Zwei Möglichkeiten bieten sich an: Entweder wandern die Prione über die peripheren Nerven ins Gehirngewebe, wie dies zum Beispiel für einige giftige Eiweiße wie das Tetanustoxin bekannt ist, oder sie benutzen die Lymphozyten als Vehikel und gelangen mit diesen - wie für die Multiple Sklerose beschrieben - in das zentrale Nervensystem. Dies kann natürlich nur in kleinsten Portionen erfolgen, da normalerweise nur einzelne Lymphozyten ins Gehirn eindringen und winzige Mengen an Eiweiß transportieren können. Vielleicht erklärt dieser sich tröpfchenweise vollziehende Mechanismus auch die lange Inkubationszeit von bis zu dreißig Jahre bei Prionerkrankungen. Wirksame Medikamente gegen die BSE-Erkrankung müssen den Erreger abfangen bzw. vernichten, bevor er ins Hirn eingedrungen ist, da die Blut-Hirn-Schranke einer effektiven Therapie des Erregers im Gehirn im Wege steht.

Bei aller Zurückhaltung in der Interpretation der generellen Bedeutung der Blut-Hirn-Schranke für die Entfaltung der Hirnleistungen sei doch zum Schluss ein vorsichtiges Fazit über dieses außerordentlich interessante biologische Phänomen gezogen: Offenbar bedurfte es im Laufe der Evolution der Entwicklung eines Schranken-Systems, das es dem Gehirn erlaubt, seine komplexen Funktionen in einem definierten Milieu auszuüben. Anhaltende Störungen dieses Systems haben zwangsläufig Störungen höherer Hirnleistungen zur Folge. Die Blut-Hirn-Schranke schafft somit die Basis für die neuronalen Mechanismen, die Grundlage unseres Denkens, Fühlens und des Bewusstseins sind.

Prof. Dr. med. Rolf Dermietzel, Dr. rer. nat. Dorothee Krause-Finkeldey und PD Dr. med. Pedro Faustmann
Institut für Anatomie, Abteilung Neuroanatomie und Molekulare Hirnforschung