Volume 16, Issue 3

Zusammenfassung Infektionen sind die Hauptursache für Morbidität und Mortalität bei Patienten mit akuter Rückenmarkverletzung (spinal cord injury, SCI). Es wurde deutlich, dass Rückenmarkverletzungen die Infektionsanfälligkeit durch neurogene Mechanismen erhöhen. So zerstört eine Rückenmarkverletzung nicht nur sensible und motorische Bahnen sondern auch das fein ausbalancierte Zusammenspiel zwischen Immunsystem und ZNS. Als Resultat wird eine sekundäre Immundefizienz induziert (SCI-induced immune depression syndrome, SCI-IDS), die in der Folge Infektionen Vorschub leistet. Diese Immunsuppression nach Rückenmarkverletzung (i) setzt innerhalb von 24 Stun­den nach der Verletzung ein, (ii) betrifft sowohl die angeborene („innate“) als auch die adaptive Immunität und (iii) ist qualitativ unabhängig von der Hochdosiscorticosteroid-Behandlung. Die Ausprägung der Immunsuppression korreliert mit der Lokalisation der Läsion, insbesondere mit der Höhe der Verletzung entlang des Rückenmarks und unterstreicht somit die neurogene Komponente dieses Syndroms. Hier fassen wir den aktuellen Wissensstand und die pathophysiologischen Merkmale der Leukozytenfehl­funktion nach einer erlittenen Rückenmarkverletzung (SCI) zusammen. Ein besseres Verständnis dieses Syndroms ermöglicht genauere Einblicke in die Funktionsweise der ZNS-Kontrolle über das Immunsystem. Die Wahrnehmung von rückenmarkverletzten Patienten als immunkompromittiert ist obwohl klinisch hochrelevant jedoch bis heute weitgehend eingeschränkt und lückenhaft.

Zusammenfassung Da im peripheren Nervensystem axonale Regeneration möglich ist, kann man Verlet­zungen durch Vernähen durchtrennter Nerven oder durch Nerventransplantationen heilen. Für Transplantationen verwendet man sensorische Nerven, z.B. den N. suralis, weshalb an der Entnahmestelle ein sensorischer Funktionsverlust entsteht. Folglich besteht ein medizinischer Bedarf an künstlichen Nervenimplantaten. Diese müssen axonale Regeneration und die Migration von Schwannzellen fördern und dürfen na­türlich keine Entzündungsreaktion hervorrufen. Bereits heute werden leere Röhren zur Verbindung von Nervenstümpfen bei Menschen eingesetzt. Allerdings ist es nicht möglich, mit diesen Brücken Distanzen größer als 30 mm durch Regeneration zu überwinden. Um das zu erreichen, wurden eine Reihe natürlicher und synthetischer Materialien getestet und verschiedene Konstruktionsstrategien erprobt. Man verwendet biokompatible Röhren, die interne Leitstrukturen enthalten. Dafür werden parallele Fasern durch Elektrospinnen hergestellt, oder man produziert longitudinale Kanäle durch Gefriertrocknung von Gelen. Daneben werden Implantatmaterialien mit bioche­mischen Funktionalitäten versehen. Dies sind vor allem Proteine der extrazellulären Matrix oder kurze synthetische Peptide, die zelluläre Integrine aktivieren. Andere Ansätze verwenden Gradienten neurotropher Faktoren oder inkorporieren regene­rationsfördernde Zellen. Fernziel der Forschung ist jedoch die Entwicklung zellfreier künstlicher Nervenbrücken, die genau so gute Regeneration ermöglichen, wie sie in autologen Nerventransplantaten möglich ist.

Zusammenfassung Sehen beginnt in hochspezialisierten sensorischen Nervenzellen, den Stäbchen- und Zapfen-Fotorezeptoren. Ihre Aufgabe ist die Aufnahme und Umwandlung von Licht­teilchen in elektrische Signale, welche sie in höchster Präzision auf das nachfolgende Netzwerk der Retina übertragen. Fotorezeptoren haben die Fähigkeit, sich in ihrer Aktivität ständig den vorherrschenden Lichtverhältnissen anzupassen. Man stelle sich eine stockdunkle Nacht vor, in der es nur vereinzelte Lichtteilchen gibt, die auf die Retina treffen und von den Fotorezeptoren aufgenommen werden und im Vergleich dazu einen strahlend hellen Sonnentag mit Milliarden von Lichtteilchen, die auf die Fotorezeptoren einwirken. Auf diese Weise wird einem bewusst, dass die Fotorezeptoren zwei grundlegende Herausforderungen zu bewältigen haben: Sie müs­sen äußerst empfindlich sein - schon ein einzelnes Lichtteilchen reicht aus, um eine Aktivitätsveränderung in einem Stäbchenfotorezeptor auszulösen - und gleichzeitig müssen sie eine ungeheure dynamische Bandbreite an Lichtintensitäten wahrnehmen, die mehrere Zehnerpotenzen umfasst. Um diese Anforderungen erfüllen zu können, haben die Fotorezeptoren abgegrenzte, strukturell und funktionell spezialisierte Kom­partimente entwickelt, welche in diesem Beitrag näher beschrieben werden sollen: Das Fotorezeptoraußensegment, welches die Aufgabe der Signalwandlung inne hat und die Endigungen der Fotorezeptoren mit ihren hochkomplexen Bandsynapsen, welche die Aufgabe der Signalübertragung übernehmen.

Infections are a leading cause of morbidi­ty and mortality in patients with acute spinal cord injury (SCI). It has recently become clear that SCI might increase susceptibility to infec­tion by central nervous system (CNS)-specific mechanisms: CNS injury induces a disrup­tion of the normally well-balanced interplay between the immune system and the CNS. As a result, SCI also leads to secondary im­munodeficiency (SCI injury-induced immu­nodepression, SCI-IDS) and infection. SCI-IDS (a) starts early after SCI (within 24 h), (b) af­fects both the innate and adaptive immune system, and (c) is independent of iatrogenic application of high-dose corticosteroids. The fact that increased immunosuppression cor­relates with lesion level underlines a neurogenic origin. Here we summarize the current understanding and main pathophysiological features of leukocyte dysfunction following SCI. A better understanding of this syndrome may provide insights into how the CNS controls the immune system. Furthermore, the identification of patients suffering from spi­nal cord injury as immunocompromised is a clinically relevant, yet widely underappreci­ated finding.

Axonal regeneration is possible in the pe­ripheral nervous system. Therefore, nerve le­sions can be cured by suturing the dissoci­ated nerve stumps or by grafting an autol­ogous nerve. Since nerve transplantations cause a sensory deficit at the donor site, it is desirable to develop artificial implants for nerve regeneration. Artificial implants have to promote and guide axonal growth, the migration of Schwann cells and must not cause inflammation. Hollow tubes as nerve bridges are already used in the clinic. However, with these it is not possible to achieve nerve re­generation over distances much longer than 30 mm. For this purpose, a number of natural and synthetic materials have already been tested. Biocompatible tubes are being developed which contain orientated fibers or gels with longitudinal channels. In addition, artificial guidance materials are endowed with specific biological functions. Most frequently, extracellular matrix proteins or synthet­ic peptides that activate integrin receptors are coupled to the materials. Other approach­es use gradients of neurotrophins or incorporate living cells. In the long run, a major goal of research is to develop cell-free artificial implants which allow a similar degree of regen­eration as is possible with autologous nerve transplants.

Vision begins in highly specialized light-sensing neurons, the rod and cone photoreceptors. Their task is to absorb photons, transduce the physical stimulus into neuronal sig­nals, transmit the signals to the parallel signal processing pathways of the subsequent reti­nal network with the highest possible fidelity and continuously adapt to changes in stim­ulus intensities. If you imagine a pitch-black night with only a few photons hitting the ret­ina and being absorbed by the photoreceptors and a bright sunny day with the photore­ceptors being bombarded by billions of photons, you realize that a photoreceptor faces two fundamental challenges: it has to detect the light signal with the greatest sensitivity, e.g. a single photon leads to a change in the membrane potential of a rod photoreceptor and, at the same time, encode light intensities covering a broad dynamic range of sev­eral orders of magnitude. To fulfill these demands, photoreceptors have developed separate, structurally and functionally specialized compartments, which are the topic of this article: the outer segment for signal transduc­tion and the terminal with its highly complex ribbon synapse for signal transmission.