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Ein Forscher untersucht ein Fläschchen
Von Michael Häderle

Unterdrückung von Gehirn-Tsunamis

UNM-Forscher untersuchen die Verwendung von Ketamin zur Blockierung einer Welle neuronaler Verletzungen

Neurochirurg Andrew Carlson und seine Kollegen an der University of New Mexico haben sich mit zwei anderen Institutionen im Rahmen eines dreijährigen Forschungsstipendiums des US-Verteidigungsministeriums in Höhe von 3.5 Millionen US-Dollar zusammengetan, um gezielte Therapien zur Ausbreitung der Gehirndepolarisation zu erforschen.

Manchmal auch als „Gehirn-Tsunamis“ bekannt, sind sich ausbreitende Depolarisationen Wellen neuronaler Verletzungen, die sich von der Stelle eines Traumas, Aneurysmas oder Schlaganfalls nach außen ausbreiten und die elektrische Aktivität des Gehirns vorübergehend unterbrechen. Neurowissenschaftler erkennen allmählich, dass sie einen wesentlichen Beitrag zu traumatischen Hirnverletzungen leisten.

In den letzten 10 Jahren waren Carlson und Bill Shuttleworth, PhD, Vorsitzende der UNM-Abteilung für Neurowissenschaften, führend in der Forschung zum Verständnis der zugrunde liegenden Ursachen von Hirntsunamis und zur Identifizierung potenzieller Behandlungen.

In der Studie „Improving Neurotrauma by Depolarization Inhibition with Combination Therapy“ (INDICT) konzentrieren sich Carlson und Mitarbeiter an der University of Cincinnati und der University of Pennsylvania auf die Bereitstellung einer präzisen Versorgung mit gezielter Behandlung von Hirntsunamis.

Die Forschung baut auf Carlsons weltweit erster Pilotstudie auf, die darauf hindeutet, dass Ketamin, ein weit verbreitetes Beruhigungsmittel, Gehirntsunamis blockieren könnte. „Es ist eine aufregende Fortsetzung der Arbeit, die wir hier geleistet haben und die uns zu einem nationalen Ansehen bei den weltweit führenden Unternehmen geführt hat, die diese Art von Forschung betrieben haben“, sagte Carlson.

Während der INDICT-Studie werden Patienten in der Neurowissenschaften-Intensivstation des UNM-Krankenhauses engmaschig überwacht, indem multimodale Datenerhebungen verwendet werden, während Ärzte Behandlungen speziell auf ihren neurologischen Zustand zuschneiden. Mithilfe einer speziellen Software „können wir den genauen Zeitpunkt aufzeichnen, zu dem bestimmte Eingriffe stattfinden“, sagt Carlson. Anhand dieser Informationen können die Forscher bestimmen, welche Behandlungen am besten funktionieren, um die sich ausbreitenden Depolarisationen zu stoppen.

Laut Shuttleworth vermuteten Wissenschaftler erstmals, dass Ketamin, ein Medikament, das für seine dissoziative und anästhetische Wirkung bekannt ist, eine wirksame Behandlung sein könnte, als Ärzte bemerkten, dass die Ausbreitung der Depolarisation gestoppt wurde, nachdem Patienten mit Hirnverletzungen, die mit einem Anästhetikum namens Propofol sediert wurden, auf Ketamin umgestellt wurden.

In seinem Labor untersuchten Shuttleworth und sein Team N-Methyl-D-Aspartat (NMDA)-Rezeptoren auf der Oberfläche von Neuronen, die an einen erregenden Neurotransmitter namens Glutamat binden. Wenn das Gehirn ein Trauma erleidet oder während eines Schlaganfalls an Sauerstoffmangel leidet, geben Neuronen ihr Glutamat ab, das sich auf benachbarte Neuronen ausbreitet und ihre elektrochemische Signalübertragung in einer langsam strahlenden Welle abschaltet, die beginnt, Gehirnzellen zu töten.

„Diese Neuronen kämpfen darum, am Leben zu bleiben, aber sie werden einfach überwältigt und können sich nicht erholen“, sagt Shuttleworth. Sein Labor hat herausgefunden, dass Ketamin wirkt, indem es an NMDA-Rezeptoren bindet und Neuronen vor der Glutamatwelle schützt. „Ketamin wirft ihnen eine Rettungsleine zu und macht die Beleidigung weniger ernst“, sagt er.

Die Ergebnisse von Shuttleworth „haben uns wirklich geholfen, uns in der Studie zu informieren, die wir vor einigen Jahren veröffentlicht haben, in der wir sehr kranke Patienten mit Hirnverletzungen und Aneurysmablutungen hatten“, sagt Carlson. Während der Pilotstudie erhielten Patienten auf der Intensivstation von UNMH Neuro abwechselnd Dosen von Ketamin und anderen Beruhigungsmitteln. „In den Zeiten, in denen sie Ketamin einnahmen, hatten sie weniger Gehirntsunamis als bei anderen Beruhigungsmitteln“, sagt Carlson.

„Dies ist ein großartiges Beispiel für translationale Forschung – Forschung, die in vorklinischen Modellen und in Benchtop-Modellen entwickelt wird“, fügt er hinzu. „Dinge, die klinisch passieren, werden in präklinischen Modellen getestet.“

Der Befund könnte möglicherweise Auswirkungen auf andere Arten von Hirnverletzungen wie Gehirnerschütterungen haben, sagt Carlson.

 

Andrew Carlson, MD
Wenn wir diesen grundlegenden Mechanismus gefunden haben, wie diese Hirnverletzungen auftreten, könnten wir Fortschritte bei vielen verschiedenen neurologischen Verletzungen machen.
- Andre Carlson, MD

„Es ist wirklich aufregend, denn je mehr wir über den Mechanismus der Ausbreitung der Depolarisation verstehen, desto mehr verstehen wir, dass es wahrscheinlich der grundlegende Mechanismus dafür ist, wie Hirnverletzungen und Schlaganfälle auftreten“, sagt er. „Wenn wir diesen grundlegenden Mechanismus gefunden haben, wie diese Hirnverletzungen auftreten, könnten wir bei vielen verschiedenen neurologischen Verletzungen Fortschritte erzielen.“

Die INDICT-Studie wurde als Zusammenarbeit zwischen Carlson, Jed Hartings von der University of Cincinnati und Ramani Balu von der University of Pennsylvania konzipiert. Jeder Forscher bringt eine einzigartige Perspektive in das Studiendesign ein, Carlson als Neurochirurg, Hartings als promovierter Neurophysiologe und Balu als MD/PhD Neurointensivist.

Neben einer langjährigen Zusammenarbeit mit Shuttleworth schreibt Carlson den Kollegen der UNM Beiträge zur Hirntsunami-Forschung zu, darunter Michel Torbey, MD, Vorsitzender der Abteilung für Neurologie, Russell Morton, PhD, Assistenzprofessor in der Abteilung für Neurowissenschaften, Christopher Abbott, MD , außerordentlicher Professor in der Abteilung für Psychiatrie und Verhaltenswissenschaften, Bert Davis, PhD, in der Abteilung für Innere Medizin, und George Luger, PhD, Professor in der Abteilung für Informatik.

Carlson glaubt, dass die UNM mit der laufenden Studie und dem kürzlich erfolgten Spatenstich für die Interdisziplinäre Substanzverwendung und Gehirnverletzungs-Kerneinrichtung (ISUBI) der UNM die Bausteine ​​für ein umfassendes Hirntsunami-Forschungsprogramm geschaffen hat.

„Wir haben alle Voraussetzungen, um zum internationalen Ziel zu werden, und sind mit engagierten Ermittlern an diesem Punkt angelangt, die institutionelle Unterstützungsmechanismen genutzt haben, um Interesse zu wecken“, sagt er.

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