Epilepsie: wenn das Gehirn zu viel feuert
In unserem Gehirn bilden 100 Milliarden (1011) Nervenzellen Verbindungen und kommunizieren miteinander. Normalerweise ist die Aktivität des Gehirns im Gleichgewicht. Wenn sich jedoch zwei Hirnregionen dauerhaft gegenseitig aktivieren und dabei zu stark synchronisiert werden, kommt es zu Krampfanfällen. In Abhängigkeit von den betroffenen Hirnregionen können diese Anfälle in ihrer Form sehr unterschiedlich sein. Menschen mit Epilepsie erleiden Anfälle ohne äußere Auslöser. Jedoch kann im Prinzip jeder von Krampfanfällen betroffen sein, die beispielsweise durch lange Zeiträume ohne Schlaf oder starke Dehydrierung verursacht werden. Die Behandlung mit Medikamenten kann Krampfanfälle kontrollieren, sie hat jedoch auch Nebenwirkungen, da sie die Gehirnfunktion im Allgemeinen beeinflussen. Darüber hinaus sprechen nicht alle Menschen mit Epilepsie auf die Medikamente an. Für einige Patienten ist eine Operation eine Option.
"Genejäger" bei der Arbeit
Am LCSB erforschen wir die genetische Ursache der Epilepsie, insbesondere der Typen, bei der die derzeitige Therapie nicht anschlagen oder die häufig vorkommen. In Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern und Medizinern weltweit, führen unsere Forscher genetische Analysen, auch DNA-Sequenzierung genannt, von betroffenen Familien oder Gruppen von Patienten durch.
Wenn man versteht, welche Gene betroffen sind, können die Patienten daran in Untergruppen eingeteilt werden und anschließend neue spezifische Therapien entwickelt werden. Seit 2009 haben LCSB-Wissenschaftler mehr als 20 neue Epilepsie-Gene entdeckt.
Um neue Therapien zu entwickeln, entwickeln unsere Forscher Epilepsiemodelle, mit denen nach neuen Medikamenten gesucht werden kann. Ein solches Modell sind beispielsweise die Larven von Zebrafischen. Dieser kleine Fisch, der aus dem indischen Ganges stammt, weist rund 60% Gene auf, welche in ähnlicher Form auch beim Menschen vorkommen. Dies macht ihn zu einem guten Modell für die Untersuchung genetischer Effekte. Da die Larven transparent sind, können wir epileptische Anfälle mit speziellen Farbstoffen unter einem Mikroskop beobachten und gleichzeitig ihre Gehirnaktivität mit einem EEG aufzeichnen. Auf diese Weise können wir im Detail untersuchen, wie der Anfall beginnt, sich im Gehirn ausbreitet und wieder endet. Mithilfe dieser Methode konnten unsere Forscher nachweisen, dass in einem Zebrafischmodell des Dravet-Syndroms - einer seltenen genetisch bedingten epileptischen Enzephalopathie - eine bestimmte Art von hemmenden Nervenzellen während der Entwicklung verloren geht. Dies führt zu einer Hyperaktivierung des Gehirns und schließlich zu epileptischen Anfällen.
In der Epilepsieforschung kommen auch unsere Informatiker zum Einsatz. Sie entwickeln Algorithmen für maschinelles Lernen, die automatisch erkennen können, wann in einer EEG-Aufzeichnung ein Anfall auftritt, um so später verschiedene Arten von Anfällen klassifizieren zu können. Das ultimative Ziel besteht darin, solche Rechenwerkzeuge zu verwenden, um Frühwarnsignale zu identifizieren, die vorhersagen, wann ein Anfall auftreten wird
Somit untersuchen die LCSB-Forscher die Epilepsie auf verschiedenen Ebenen: von der genetischen Analyse über das dysfunktionale Molekül bis hin zu den Zellproblemen, die dazu führen, dass die Nervenzellen ungewöhnlich feuern. Dies bietet die einmalige Gelegenheit, die Ursachen von Epilepsien aufzudecken und künftige Therapien zu entwickeln, die genau diese Ursachen behandelt.