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Die mechanische Bedeutung der Myelinisierung im Zentralnervensystem

Die Neuronen im Zentralnervensystem sind von Myelin umgeben und vernetzt, einer weißen Fettsubstanz, die die Axone umhüllt und eine elektrisch isolierende Schicht bildet. Die elektrische Funktion des Myelins ist weithin anerkannt, doch seine mechanische Bedeutung wird nach wie vor unterschätzt. Hier haben wir Nanoindentationstests und histologische Färbungen kombiniert, um die Steifigkeit des Gehirns mit dem Grad der Myelinisierung in unreifen, vorgeburtlichen Gehirnen und reifen, postnatalen Gehirnen zu korrelieren. Wir fanden heraus, dass sowohl das Gewebe der grauen als auch der weißen Substanz mit der Reifung signifikant steifer wurde (p≪0,001): Die Steifigkeit der grauen Substanz verdoppelte sich von 0,31±0,20kPa vor der Geburt auf 0,68±0,20kPa nach der Geburt; die Steifigkeit der weißen Substanz verdreifachte sich von 0,45±0,18kPa vor der Geburt auf 1,33±0,64kPa nach der Geburt. Gleichzeitig stieg der Myelingehalt der weißen Substanz signifikant (p≪0,001) von 58±2% auf 74±9%. Die Steifigkeit der weißen Substanz und der Myelingehalt waren mit einem Pearson-Korrelationskoeffizienten von ρ=0,92 (p≪0,001) korreliert. Unsere Studie deutet darauf hin, dass Myelin nicht nur wichtig ist, um eine reibungslose elektrische Signalübertragung in den Neuronen zu gewährleisten, sondern auch, um die Neuronen vor physikalischen Kräften zu schützen und ein starkes mikrostrukturelles Netzwerk zu bilden, das das Gewebe der weißen Substanz als Ganzes versteift. Unsere Ergebnisse legen nahe, dass die Steifigkeit des Hirngewebes als Biomarker für Multiple Sklerose und andere Formen von Entmarkungsstörungen dienen könnte. Zu verstehen, wie sich die Gewebereifung in Veränderungen der mechanischen Eigenschaften niederschlägt und die genaue Steifigkeit des Gehirns in verschiedenen Lebensphasen zu kennen, hat wichtige medizinische Auswirkungen auf die Entwicklung, das Altern und die Neurodegeneration.