Aktivierung von Astrozyten im basalen Vorderhirn hält Mäuse wach, ohne Anzeichen von Schläfrigkeit.

26. August 2023

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von Ingrid Fadelli, Medical Xpress

Schlaf ist bekannt dafür, dass er die ordnungsgemäße Funktion des Körpers, einschließlich des Gehirns, unterstützt und ihm ermöglicht, sich auszuruhen, zu erholen und aufzuladen. Während unzählige Neurologen und medizinische Forscher versucht haben, diesen lebenswichtigen biologischen Prozess besser zu verstehen, sind viele seiner neurologischen Grundlagen noch unbekannt.

Forscher der Washington State University (WSU) haben Studien durchgeführt, um die Rolle von Astrozyten, einem Subtyp von Gliazellen, die verschiedene Gehirn- und Körperfunktionen regulieren, im Schlaf und im Wachzustand zu untersuchen. Ihre jüngste Publikation in der Zeitschrift Journal of Neuroscience zeigt, dass die Aktivierung von Astrozyten im Hirnstamm (einer Gehirnregion, die die Regulation von Schlaf, Aufwachen und Körpertemperatur unterstützt) dazu führte, dass Mäuse ohne Anzeichen von Schläfrigkeit unbegrenzt wach blieben.

"Unsere Studie war Teil einer größeren Untersuchung der Gehirnzellen und -kreisläufe, die uns schläfrig machen", sagte Marcos Frank, einer der Forscher, die die Studie durchführten, gegenüber Medical Xpress. "Wissenschaftler bezeichnen dies als 'Schlaftrieb', und wir haben wirklich keine vollständige Erklärung für den Schlaftrieb. Im Jahr 2009 haben wir erstmals Hinweise darauf veröffentlicht, dass eine Klasse von nicht-neuronalen Zellen, sogenannte gliale Astrozyten, den Schlaftrieb in vivo beeinflussen. Seitdem versuchen wir, die genaue Rolle der Astrozyten im Schlaf und im Wachzustand zu verstehen."

Das Hauptziel der neuesten Arbeit von Frank und seinen Kollegen war es, besser zu verstehen, wie Astrozyten im Hirnstamm den Schlaf, den Wachzustand und den allgemeinen Schlaftrieb beeinflussen. Zu diesem Zweck verwendeten die Forscher eine Reihe fortschrittlicher genetischer und chemischer Techniken, um die Aktivierung von Astrozyten im Hirnstamm der Maus reversibel zu verändern.

"Wir haben eine 'chemo-genetische' Technik verwendet, um einen Rezeptor für ein normalerweise nicht im Säugetiergehirn exprimiertes kleines Molekül zum Ausdruck zu bringen", erklärte Frank. "Wenn dieser Rezeptor durch ein spezielles Medikament aktiviert wird, aktiviert er Astrozyten. Wir haben dies mit standardmäßigen Maßnahmen der Hirnaktivität und motorischen Aktivität kombiniert, die zusammen anzeigen, ob das Tier wach oder schlafend ist."

Um sicherzustellen, dass die beobachteten Effekte spezifisch mit der chemo-genetischen Aktivierung von Astrozyten verbunden waren, führte das Team auch mehrere Kontrollversuche durch, bei denen die gleichen Mäuse unter ähnlichen Bedingungen beobachtet wurden, jedoch ohne Aktivierung ihrer Astrozyten. Letztendlich stellten die Forscher fest, dass die Aktivierung von Astrozyten im Hirnstamm dazu führte, dass die Mäuse stundenlang wach blieben, ohne typische Anzeichen von Schläfrigkeit zu zeigen.

"Es schien, dass die Mäuse wach waren, ohne jeglichen 'Kosten', oder mit anderen Worten, ohne erhöhten Schlaftrieb", sagte Frank. "Dies war für uns überraschend und hat mehrere wichtige Auswirkungen. Erstens stellen unsere Ergebnisse die Vorstellung in Frage, dass unser Schlafbedarf durch den Wachzustand an sich erzeugt wird. Stattdessen erfordert er möglicherweise eine spezifische Reihe von Interaktionen zwischen Untergruppen von Gehirnzellen."

Insgesamt verdeutlichen die neuesten Erkenntnisse dieses Forscherteams die wichtige Rolle einiger neuronal-gliale Schaltkreise bei der Modulation des Schlaftriebs und des Wachzustands. In Zukunft könnten sie den Weg zu aufregenden neuen Entdeckungen über die neurologischen Grundlagen des Schlafs ebnen und möglicherweise auch die Entwicklung von Medikamenten ermöglichen, die es Menschen ermöglichen, über längere Zeiträume wach und klar zu bleiben.

"Stellen Sie sich eine Welt vor, in der (wenn dies auf Menschen übertragen wird) Schichtarbeiter nicht schläfrig werden und Astronauten, Piloten, Soldaten, Gesundheitsdienstleister und Ersthelfer über längere Zeiträume auf Schlaf verzichten können", fügte Frank hinzu.

"Wir stehen noch ganz am Anfang dieses Prozesses, aber wenn dies passieren würde, würde es die Grenzen der menschlichen Leistungsfähigkeit für immer verändern. Unsere nächsten Arbeiten werden sich darauf konzentrieren, was als nächstes in der Ereigniskette passiert, wenn wir Astrozyten im Hirnstamm aktivieren. Führt dies zu Veränderungen in benachbarten Neuronen und wie erklärt das unsere Ergebnisse? Was kontrolliert diesen Prozess normalerweise im gesunden Gehirn, und ist dieser durch Astrozyten aktivierte Wachzustand derselbe wie der normale Wachzustand? Diese Fragen hoffen wir in unseren zukünftigen Studien beantworten zu können."

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