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Zelluläre Brennstoffzellen

Sie sind die Energieproduzenten der Zellen. Doch Mitochondrien können die Zelle auch in den Selbstmord treiben. Der Neurologe Philipp Mergenthaler sucht nach biochemischen Mechanismen, die den unerwünschten Zelltod bei seltenen Mitochondrien-Erkrankungen oder Schlaganfall verhindern.

 

 

Mitochondrien versorgen Zellen auf effektive Weise mit Energie. Im Grunde funktionieren sie wie Brennstoffzellen, in denen Elektronen über eine Membran getragen werden, um Energie zu erzeugen. Statt Wasser- und Sauerstoff benötigen Mitochondrien jedoch Zucker und Sauerstoff. Sie übernehmen auch die Funktion eines Notausschalters. Sie sammeln Signale und „entscheiden“ mit darüber, ob eine Zelle Selbstmord begeht oder nicht. Bestimmte Enzyme dienen dabei als Sensor – sie durchlöchern die Mitochondrien und geben damit das Signal: Es ist etwas Schlimmes passiert, was nicht repariert werden kann, etwa wenn die Versorgung mit Zucker unterbrochen wurde. Die Mitochondrien leiten dann einen Selbstzerstörungsmodus ein, den wir Apoptose nennen, den programmierten Zelltod.

 

Die Apoptose hat wichtige biologische Funktionen. Sie sorgt zum Beispiel dafür, dass in der Entwicklung bestimmte Zellen koordiniert absterben. Würde das nicht passieren, hätten wir beispielsweise als Erwachsene noch Schwimmhäute. Fehlgeleitete Apoptose kann jedoch dramatische Folgen haben, etwa zu Tumorentwicklung oder Demenz führen. Bei einem Schlaganfall führt das Absterben von Zellen zu Lähmung oder Sprachstörung.

 

 

Ich beschäftige mich mit Erkrankungen der Mitochondrien. Das sind sehr seltene Erkrankungen, bei denen unter anderem der Glukose-Stoffwechsel in Mitochondrien gestört ist. Sie treten vor allem in stoffwechselaktivem Gewebe wie dem Gehirn auf. Die Symptome können sehr vielfältig sein. Manche Patient*innen bekommen vermehrt Schlaganfälle, bei anderen sind Nervenfunktionen beeinträchtigt. Bisher ist es kaum möglich, ihnen therapeutisch zu helfen.

 

Ich möchte die biochemischen Mechanismen verstehen, die zum Zelltod führen und Therapien für Mitochondrien-Erkrankungen entwickeln. Dafür erstellen wir im Labor Organoidmodelle. Wir differenzieren hirnähnliches Gewebe aus Stammzellen, das Kernfunktionen des Gehirns erfüllt und patientenspezifische Mutationen aufweist. Anhand dieser Organoide versuchen wir zu verstehen, wie sich Mutationslasten auf den Glukose-Stoffwechsel und den Zelltod auswirken. Welche Mechanismen führen dazu, dass eine Nervenzelle in bestimmten Stresszuständen stirbt? Und welche Wege gibt es, dies zu verhindern? Im Organoid wollen wir dann zugelassene Medikamente daraufhin testen, ob sie den Zelltod verhindern können. Außerdem sind wir dabei eine Methode einzuführen, mit der wir in Kernspintomographien messen können, ob diese Medikamente auch im Gehirn von Patient*innen auf den Stoffwechsel von Zellen wirken.

»Mich faszinieren die biologischen Funktionen bei Krankheiten, doch forschender Arzt will ich die Erkenntnisse auch zu den Menschen zu bringen«

 

Die Erwartung ist, dass sich Erkenntnisse aus meiner Forschung auch auf Erkrankungen wie Schlaganfall oder neurodegenerative Erkrankungen übertragen lassen. Bei einem Schlaganfall führen Blutgerinnsel dazu, dass nicht genügend Sauerstoff und Glukose zu den Nervenzellen gelangen, die schon nach wenigen Minuten beginnen abzusterben. Die aktuell einzige Therapie ist, das Blutgerinnsel zu entfernen und den Blutfluss wiederherzustellen, was nur bei etwa 15 Prozent der Betroffenen möglich ist. Nach wie vor gibt es keine einzige Therapie, die an der Zelltod- oder Stoffwechselregulation ansetzt. Ich hoffe, dass meine Forschung dazu beitragen wird, Mechanismen zu finden, die den Zelltod hinauszögern oder verhindern und die Schäden im Hirngewebe geringhalten können.

 

Mich faszinieren die biologischen Funktionen hinter den Krankheiten. Doch als forschender Arzt sehe ich es auch als meine Aufgabe an, die Erkenntnisse zu den Menschen zu bringen. Noch zu Zeiten meines Studiums hatte die Neurologie den Ruf, dass sie für die Patient*innen nicht viel tun kann. Das ist heute komplett anders, es sind sehr viele neue Therapien auf dem Weg. Für mich ist es eine sehr privilegierte und auch emotionale Tätigkeit mit Patient*innen zu arbeiten, um sie zu behandeln und dabei auch die Forschung voranzubringen.

 

Aufgezeichnet von Mirco Lomoth

Illustration: Andreas Töpfer