Dr. Alexander German von der Uniklinik in Erlangen hantiert mit Flüssigstickstoff. Er trägt Schutzausrüstung: Helm und Handschuhe. Aus dem Metallcontainer vor ihm wabert weißer Dampf. Bei seiner Arbeit geht es darum, Hirn-Gewebe einzufrieren und danach wieder aufzutauen. Die Sensation: Das Gewebe soll auch danach noch funktionsfähig sein.
Vorbild aus der Natur: Kryokonservierung
German forscht dazu an Hirnmasse von Mäusen, aber auch an menschlichem Hirngewebe: „Dafür müssen wir unter minus 130 Grad kommen. Der Flüssigstickstoff ist dafür ideal, weil er minus 196 Grad Celsius hat.“ Das Forscherteam vom Uniklinikum und der Universität Erlangen will es mit einem speziellen Verfahren schaffen, dass die Hirnmasse auch nach solch extrem tiefen Temperaturen noch arbeitet. Das Ganze nennt sich Kryokonservierung.
„Die Kryokonservierung dient dazu, Gewebe dauerhaft haltbar zu machen.“ Dr. Alexander German, Assistenarzt Neurologie Uniklinikum Erlangen
In der Natur gibt es verschiedene Vorbilder, wie Tiere extreme Kälte und Minusgrade überleben, erklärt der Neurologe. Beispielsweise das arktische Ziesel verbringe mehrere Wochen bei minus 2,9 Grad Celsius Körpertemperatur und könne so einen achtmonatigen Winter überbrücken.
Sibirischer Salamander überlebt im Permafrost
Auch der sibirische Salamander ist so ein Vorbild. Er kann bei Temperaturen von 50 Grad unter dem Gefrierpunkt in einer Art Winterstarre überleben und mehrere Jahrzehnte im Permafrost überdauern.
Sobald die Außentemperatur steigt, erwacht der Schwanzlurch wieder zu ganz normaler Aktivität. Diese Fähigkeit verdankt er seiner Leber: Sie kann den Alkohol Glyzerin produzieren, der im Körper des Tieres als eine Art Frostschutzmittel fungiert. Das senkt den Gefrierpunkt und hilft, Zellen und Gewebe während des Einfrierens und Auftauens vor Schäden zu schützen.
Kälteschäden an Nervenzellen vermeiden
Der Mensch kann das nicht: „Die Bildung von Eiskristallen ist der Grund, warum extreme Kälte normalerweise so schädlich für Lebewesen ist: Denn die Kristalle können Zellen mechanisch schädigen und so die empfindliche Nanostruktur des Gewebes zerstören.“ Daher ist es bei der Arbeit der Erlanger Forscher extrem wichtig, dass sich auf gar keinen Fall Eiskristalle bilden, denn die würden dem Gewebe schaden.
Daher ersetzen die Forscher einen Teil der Wassermoleküle mit Kälteschutz-Substanzen. Diese sorgen dafür, dass sich beim Abkühlen kein herkömmliches Eis bildet, sondern ein glas-förmiger Aggregatszustand, „in dem die Moleküle in einem ungeordneten Zustand sind, sehr nahe an der Konfiguration in flüssigem Zustand – und damit letztendlich keine Kälteschäden im Gewebe entstehen“, so der Dr. Alexander German weiter.
Hirnmasse funktioniert nach Auftauen stundenweise
Nach dem Auftauen begannen die Nervenzellen der zuvor eingefrorenen Hirnmasse wieder, elektrische Signale auszutauschen: „Nach einer Erholungsphase sehen wir in den elektrischen Untersuchungen ein Verhalten so wie vorher. Allerdings muss man einschränkend dazu sagen, dass diese Nachbeobachtungszeit auf einige Stunden beschränkt ist. Länger können wir das Nervengewebe außerhalb des Körpers nicht am Leben halten.“
Das Verfahren könnte beispielsweise genutzt werden, um Hirngewebe haltbar zu machen, das bei Operationen entnommen wurde, um es dann später zu untersuchen. Damit könnte auch die Entwicklung von Medikamenten erleichtert und Tierversuche minimiert werden.
Hirnforschung: Für Raumfahrt und neue Therapien
Für die Zukunft könnte das bedeuten, ganze Organismen in eine Art künstliche Winterstarre zu versetzen und nach längerer Zeit daraus zu erwecken. „Das könnte zum Beispiel eine Option für die Raumfahrt sein – oder für Menschen, die unter einer momentan unheilbaren Krankheit leiden“, sagt der Forscher. „Denn zu einem späteren Zeitpunkt gibt es vielleicht eine Therapieoption, die der betroffenen Person helfen kann.“
Die Erlanger Wissenschaftler arbeiten außerdem bereits daran, das Verfahren auch am Herzen voranzutreiben.
