Der Axolotl, bekannt für seine außergewöhnlichen Regenerationsfähigkeiten, wird zunehmend als Modellorganismus für die Neurowissenschaften anerkannt. Trotz dieser Vorteile war die Analyse seines Nervensystems lange Zeit ein herausforderndes Unterfangen, da die nötigen Techniken zur Visualisierung und Manipulation der neuronalen Netzwerke bislang fehlten. In einer bahnbrechenden Studie, veröffentlicht in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), präsentieren die Wissenschaftlerinnen Katharina Lust und Elly Tanaka vom Institut für Molekulare Biotechnologie (IMBA) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften eine neuartige Methode zur gezielten Genübertragung in Axolotl-Neuronen.

Dieser Salamander, wissenschaftlich als Ambystoma mexicanum bekannt, hat die bemerkenswerte Fähigkeit, verlorene Gliedmaßen sowie komplexe Organe wie die Netzhaut und sogar Teile seines Gehirns zu regenerieren. Diese besonderen Eigenschaften machen ihn zum idealen Modell für die Untersuchung von neuronalen Schaltkreisen und deren Regeneration nach Verletzungen. Bisherige Forschungsansätze sind oft durch die Einschränkungen traditioneller Methoden, wie den Einsatz von Tracern und Antikörpern, limitiert gewesen.

Mit dieser innovativen Methode können Wissenschaftler nun Gene mithilfe harmloser viraler Vektoren in die Nervenzellen des Axolotls einschleusen. Dies ermöglicht eine dynamische Visualisierung der Nervenzellen und die zielgerichtete Einführung neuer Gene in Axolotl-Neuronen. Ihre Ergebnisse, die am 5. März veröffentlicht wurden, könnten die zukünftige Forschung zur Gehirnregeneration im Axolotl revolutionieren.

Das Geheimnis: Neuronen zum Strahlen bringen

Die Einführung von Genen in Zellen stellt eine große Herausforderung dar, doch in der aktuellen Studie demonstrieren Lust und Tanaka erstmals, dass adenoassoziierte virale Vektoren (AAV) effektiv Transgene in Axolotl-Neuronen transportieren können. Durch die Untersuchung verschiedener AAV-Typen fanden sie den optimalen Serotyp für die Genübertragung in Axolotl-Neuronen. Diese bahnbrechende Entdeckung ermöglicht es, renommierte fluoreszierende Marker wie GFP in die Nervenzellen eines lebenden Axolotls zu integrieren, was die Visualisierung verschiedener Neuronentypen und deren Verbindungen ermöglicht.

Von der Netzhaut zum Gehirn – und zurück

Diese neue Visualisierungstechnik eröffnet die Möglichkeit, neuronale Schaltkreise zu kartieren, die essentielle Gehirnbereiche miteinander verknüpfen. Insbesondere konnten Lust und Tanaka die Übertragungswege identifizieren, über die Netzhautneuronen visuelle Informationen an verschiedene Regionen des Axolotl-Gehirns weitergeben. Bemerkenswerterweise entdeckten die Wissenschaftlerinnen auch neuronale Projektionen, die vom Gehirn zurück zur Netzhaut führen, was darauf hindeutet, dass das Gehirn aktiv die Funktion der Netzhaut reguliert und anpasst.

„Diese Technologie ermöglicht es uns, neuronale Aktivität in vivo zu beobachten und zu verstehen, wie sich Schaltkreise nach Verletzungen regenerieren“, erklärt Katharina Lust, die Erstautorin der Studie.

Ein Meilenstein in der Axolotl-Hirnforschung

Neben der Visualisierung von Neuronen im Axolotl-Gehirn legt diese Studie die Grundlage für den Einsatz viraler Vektoren als leistungsstarkes Werkzeug zur Untersuchung neuronaler Organisation. „Virale Vektoren könnten entscheidend eingesetzt werden, um neuronale Schaltkreise zu manipulieren und die Rolle spezifischer Gene in der Regeneration des Axolotl-Gehirns zu verstehen“, sagt Elly Tanaka, wissenschaftliche Direktorin des IMBA und korrespondierende Autorin der Studie.

Diese Fortschritte markieren einen entscheidenden Wendepunkt in der Hirnforschung des Axolotls und festigen dessen Position als wichtiges Modell in den molekularen Neurowissenschaften, mit dem Potenzial, bedeutende Einblicke in die Funktionsweise von Wirbeltiergehirnen zu gewinnen. In Anbetracht der zunehmenden Herausforderungen in der Neurologie könnte die Forschung an Axolotlen in der Zukunft nicht nur für das Verständnis der Regeneration, sondern auch für die Behandlung neurologischer Erkrankungen von unschätzbarem Wert sein.