Professor
Waitt Advanced Biophotonics Center
Françoise Gilot-Salk Vorsitzende
Das menschliche Zentralnervensystem (ZNS), zu dem Gehirn und Rückenmark gehören, besteht aus einem unglaublich vielfältigen Satz von Zellen, und jeder Zelltyp übt hochspezialisierte Funktionen in zellulären Netzwerken von überwältigender Komplexität aus. Während sich viele Forschungsarbeiten auf das Verständnis der von Neuronen gebildeten Schaltkreise konzentrieren, sind Gehirnzellen, sogenannte Gliazellen, gleichermaßen weit verbreitet und machen etwa die gleiche Anzahl von Zellen im menschlichen ZNS aus. Lange glaubte man, dass Gliazellen lediglich eine passive, unterstützende Rolle bei der ZNS-Funktion spielen. Mittlerweile ist jedoch klar, dass Gliazellen einen entscheidenden Beitrag zur Bildung, Funktion und Anpassung des ZNS leisten. Darüber hinaus sind Gliazellen an praktisch allen ZNS-Verletzungen und -Erkrankungen beteiligt, darunter virale und bakterielle Infektionen, Alzheimer und Parkinson, Rückenmarksverletzungen, Krebs und Schlaganfall. Dies macht Glia zu vielversprechenden Zielen für neuartige therapeutische Interventionen.
Axel Nimmerjahn war Vorreiter bei der Entwicklung neuer Mikroskopietechniken zur Visualisierung der strukturellen und funktionellen Dynamik von Gliazellen und ihrer bidirektionalen Interaktion mit anderen Zellen. Um Messungen mit zellulärer Auflösung unter naturalistischen Bedingungen zu ermöglichen, hat sein Labor daran gearbeitet, die Größe von Mikroskopen zu verkleinern, um sie tragbar zu machen. Ihre winzigen Mikroskope wiegen weniger als 2.5 Gramm, sind nur wenige Millimeter groß und haben es dem Team ermöglicht, aufzudecken, wie zelluläre Aktivität sensorische und motorische Informationen kodiert. Darüber hinaus haben sie neue Werkzeuge für die zelltypspezifische Färbung und genetische Manipulation sowie für die Analyse umfangreicher Bilddaten entwickelt. Dies ermöglichte es ihnen, seit langem bestehende Fragen zur Rolle von Gliazellen im intakten gesunden oder erkrankten ZNS zu beantworten (siehe unten). Die Lösung dieser grundlegenden Fragen hat weitreichende Auswirkungen auf unser Verständnis der ZNS-Funktion und der Behandlung neuroinflammatorischer und neurologischer Erkrankungen.
Nimmerjahn entdeckte, dass Mikroglia, die im ZNS ansässigen Immunzellen, mit ihren feinen Ästen kontinuierlich die zelluläre Umgebung überwachen. Er zeigte, dass Mikroglia durch dieses Verhalten die erste Verteidigungslinie gegen Gewebeschäden und Infektionen bilden, und identifizierte Mechanismen, die diese Entzündungsreaktion regulieren (zum Patent angemeldet).
Nimmerjahns Labor verwendete modernste Mikroskopieansätze, um den Zusammenbruch der Blut-Hirn-Schranke (BBB) nach einem Schlaganfall sichtbar zu machen. Sein Team fand heraus, dass eine schrittweise Beeinträchtigung verschiedener zellulärer Mechanismen für die BHS-Defizite bei Schlaganfällen verantwortlich ist. Die Erkenntnisse könnten zu neuen Wegen zur Behandlung der Krankheit führen.
Nimmerjahn entdeckte, dass Astroglia, ein wichtiger regulatorischer Zelltyp im ZNS, auf schmerzhafte Reize mit groß angelegter koordinierter Erregung reagiert, die geeignet ist, makroskopische Veränderungen in der Dynamik des ZNS-Netzwerks auszulösen, und zeigte, wie antinozizeptive Medikamente diese Aktivität stören. Dies macht Astroglia zu potenziellen neuen Zielen für die Behandlung schmerzhafter Erkrankungen.
MS, Physik, Max-Planck-Institut für medizinische Forschung/Universität Heidelberg, Deutschland
PhD, Physik, Max-Planck-Institut für medizinische Forschung/Universität Heidelberg, Deutschland
Postdoktorand, Biologie und Angewandte Physik, Stanford University