Stammzellforschung: Weshalb Menschen im Alter schlechter riechen können
Bei Säugetieren wie dem Menschen lässt mit zunehmendem Alter das Riechvermögen nach. Forscher haben nun untersucht, warum das so ist. Für die Analyse verfolgten die Wissenschaftler die Stammzellentwicklung im Gehirn von Mäusen mit sogenannten Konfetti-Reportern.
Störungen des Geruchssinns beeinträchtigen die Lebensqualität
Forscher aus den USA berichteten vor wenigen Jahren über ihre Studie, derzufolge die Nase nicht nur 10.000 verschiedene Gerüche, sondern etwa eine Billion (1.000.000.000.000) Gerüche wahrnimmt. Wenn die Riechzellen nicht richtig arbeiten, verliert man jedoch erheblich an Lebensqualität. Denn Störungen des Geruchssinns bedeuten eine massive Einschränkung im Alltag von Betroffenen. Doch mit zunehmendem Alter nimmt das Riechvermögen beim Menschen – wie auch bei andern Säugetieren – ab. Warum das so ist, hat ein interdisziplinäres Forschungsteam vom Helmholtz Zentrum München und der Universitätsmedizin Mainz im Fachjournal „Cell Reports“ untersucht.
Aus Stammzellen hervorgehende Riechnerven
Bei Säugetieren ist die Bildung von Nervenzellen (Neurogenese) überwiegend auf die frühe Kindheit beschränkt und findet im Erwachsenenalter nur noch in wenigen Regionen des Vorderhirns statt.
Eine solche Ausnahme sind Riechnerven, die über mehrere Zwischenstadien aus Stammzellen hervorgehen.
„Die Produktion dieser Nervenzellen geht mit zunehmendem Alter zur Neige“, erklärt der Arbeitsgruppenleiter am Institute of Computational Biology (ICB) des Helmholtz Zentrums München, Dr. Carsten Marr, in einer Mitteilung.
„Wir wollten in der aktuellen Arbeit klären, wie es dazu kommt und welchen Beitrag die Stammzellen dabei haben“, so der Wissenschaftler.
Konfetti-Reporter
Um dieser Frage nachzugehen, bildete Dr. Marr mit der Mathematikerin Lisa Bast und den Stammzellforschern Dr. Filippo Calzolari (heute am Institut für Physiologische Chemie der Universitätsmedizin Mainz) und Prof. Dr. Jovica Ninkovic ein interdisziplinäres Expertenteam.
„Unser Ansatz für die aktuelle Arbeit funktioniert über sogenannte Konfetti-Reporter in Mäusen: Dabei bringen wir einzelne Stammzellen und alle ihre Nachkommen – sogenannte Klone – dazu, jeweils in einer bestimmten Farbe zu leuchten“, erläutert Dr. Calzolari.
Auf diese Weise konnten die Forscher die Entwicklung einzelner Klone verfolgen und als verschiedenfarbige Punkte unterscheiden, was dem Verfahren seinen Namen verleiht.
„Durch den Vergleich von jungen und älteren Mäusen wollten wir im nächsten Schritt herausfinden, welchen Beitrag einzelne Stammzellen und Zwischenstufen zur Neurogenese der fertigen Riechzellen leisten“, so Calzolari weiter.
Im Alter bilden sich weniger Zellen zu Riechzellen weiter
Die systematische Auswertung der Bilder ist für den Menschen allerdings kaum zu schaffen: die vorliegenden Daten waren extrem heterogen und ein Vergleich von jungen und alten Gehirnen schwierig.
Hier kam die Expertise von Dr. Marr und seinem Team zum Tragen. Sie sind Spezialisten für die Quantifizierung von Einzelzelldynamiken, also der Frage: Welche und wie viele Zellen eines großen Verbandes entwickeln sich wie weiter?
Dafür bedienen sich die Wissenschaftler künstlicher Intelligenz, entwerfen mathematische Modelle und programmieren Algorithmen, die die Bilddaten für sie auswerten können.
„Wir haben die Konfetti-Messungen mit mehreren mathematischen Modellen der Neurogenese verglichen“, erklärt Lisa Bast.
„Auf diese Weise konnten wir feststellen, dass vor allem in bestimmten Zwischenstadien – den sogenannten transit amplifying progenitors – die Fähigkeit zur Selbsterneuerung im Alter abnimmt.“
Außerdem zeigt die Analyse, dass in älteren Mäusen die sogenannte asymmetrische Zellteilung in Stammzellen sowie deren Ruhephasen zunahm.
„Das bedeutet, dass sich im Alter weniger Zellen zu Riechzellen weiterentwickeln und inaktiv im Stammzell-Pool verbleiben, wodurch die Produktion zum Erliegen kommt“, so Jovica Ninkovic.
Den Angaben zufolge ist die Arbeit die erste, bei der Wissenschaftler das Verhalten von Nervenstammzellen im lebenden Säugergehirn mit einem mathematischen Modell quantitativ untersuchen konnten. (ad)
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