Die Studie liefert einen wichtigen Baustein zum Verständnis der Therapieresistenz von Hirnmetastasen bei Brustkrebs und bietet zugleich neue Ansatzpunkte für eine verbesserte Behandlung. Künftige Therapien könnten demnach nicht nur die Tumorzellen selbst, sondern auch ihre Interaktion mit dem umgebenden Gewebe gezielt beeinflussen.

Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Advanced Functional Materials veröffentlicht und auf der Rückseite des Einbandes visualisiert.

Details liefert die Pressemeldung

Publikation: Esra Türker, Mateo S. Andrade Mier, Jessica Faber, Mike Friedrich, Zan Lamberger, Jeannette Weigelt, Christian Stigloher, Nicoletta Murenu, Natascha Schaefer, Jörg Tessmar, Gregor Lang, Silvia Budday, Katrin G. Heinze, Antje Appelt-Menzel, Pamela L. Strissel, Reiner Strick, Carmen Villmann. A 3D Biofabricated Disease Model Mimicking the Brain Extracellular Matrix Suitable to Characterize Intrinsic Neuronal Network Alterations in the Presence of a Breast Tumor Disseminated to the Brain. Advanced Functional Materials. First published: 27 November 2025. https://doi.org/10.1002/adfm.202515220

Gleichzeitig ermöglichen die biofabrizierten 3D-Modelle schnelle pharmakologische Tests und verringern die Anzahl erforderlicher Tierversuche.

Die Entwicklung realistischer 3D-Modelle von Nervengewebe ist jedoch sehr herausfordernd, da das Gehirn und das Rückenmark sehr weich sind und eine komplexe Umgebung aus verschiedenen Zelltypen und Strukturen benötigen. 

Deshalb hat die Arbeitsgruppe von Privatdozentin Natascha Schäfer aus der Klinischen Neurobiologie ein künstliches 3D-System entwickelt, das die natürliche Umgebung des Rückenmarks möglichst genau nachahmt. Dazu wurden spezielle Materialien sowie wichtige Proteine, die sogenannten Laminine, eingesetzt. Diese fördern das Wachstum, die Reifung und die Verbindung von Nervenzellen. Darüber hinaus wurden unterstützende Zelltypen kombiniert, um das Modell noch realistischer zu gestalten. Ein stabilisierendes Gerüst aus 3D-gedruckten Fasern sorgt dafür, dass das weiche Gewebe formstabil bleibt und besser untersucht werden kann.

Das Ergebnis: In diesem 3D-Modell überlebten Nervenzellen deutlich länger als in herkömmlichen 2D-Zellkulturen und bildeten funktionierende Netzwerke. 

In allen getesteten 3D-Modellen überlebten etwa 60 % der Zellen. Sie verteilten sich gleichmäßig im gesamten künstlichen Gewebe und bildeten lange Fortsätze, sogenannte Dendriten, aus, die für die Kommunikation zwischen Nervenzellen entscheidend sind. Besonders gut funktionierte das Modell, wenn zusätzlich unterstützende Zellen und Laminine vorhanden waren. Die Nervenzellen wuchsen stärker, bildeten längere Verbindungen und dichtere Netzwerke. Darüber hinaus zeigte sich, dass das Modell ähnliche mechanische Eigenschaften wie echtes Nervengewebe aufweist und über längere Zeit stabil bleibt – ein wichtiger Faktor für die Erforschung neurologischer Erkrankungen. 

„Für die Untersuchung neurologischer Erkrankungen ist es nicht nur wichtig, dass die 3D-Modelle stabil sind, sondern auch, dass sie funktionierende Netzwerke bilden“, sagt Natascha Schäfer. Modelle mit unterstützenden Zellen und Lamininen zeigen deutlich mehr Synapsen, also Verbindungsstellen zwischen Nervenzellen, und stärkere sowie häufigere Aktivitätssignale. So entsteht im Labor ein realistisches, funktionierendes Nervengewebe, das sich hervorragend eignet, um Krankheitsmechanismen zu untersuchen.“ Das entwickelte 3D-Rückenmarksmodell kann nun genutzt werden, um neuroimmunologische Erkrankungen zu erforschen.

Realistisches Abbild krankheitsbedingter Hyperaktivität von Neuronen 

In einer nun im Journal Advanced Healthcare Materials publizierten Studie behandelte Schäfers Doktorandin Nicoletta Murenu das Modell mit Serum von Patientinnen und Patienten mit Stiff-Person-Syndrom (SPS). Die darin enthaltenen Antikörper blockieren ein wichtiges Protein im Rückenmark, was zu einer Übererregbarkeit der Nervenzellen und somit zu Krämpfen und Muskelsteifheit führt. 

In dem 3D-Modell zeigte sich, dass die Autoantikörper gezielt an diese Proteine binden. Im Vergleich zu gesundem Serum oder unbehandelten Zellen stieg die spontane Aktivität der Neurone deutlich an, was ein realistisches Abbild der krankheitsbedingten Hyperaktivität der Patienten darstellt. Damit beweist das Modell, dass es funktionelle Krankheitsmechanismen nachbilden kann und sich als Werkzeug eignet, um weitere neurologische Erkrankungen und mögliche Therapien zu untersuchen.

Das System ist flexibel anpassbar und bietet die richtigen mechanischen sowie molekularen Bedingungen für die Bildung neuronaler Netzwerke. Bereits innerhalb von sieben Tagen entstehen stabile, funktionelle Netzwerke, die bis zu 14 Tage bestehen bleiben. Die Plattform ist vielseitig einsetzbar, um die Krankheitsmechanismen von Rückenmarkerkrankungen wie SPS, SMA (Spinale Muskelatrophie) oder ALS (Amyotrophe Lateralsklerose) zu untersuchen. Damit stellt sie ein wertvolles Werkzeug für die neurologische Forschung dar.

Zur Arbeitsgruppe von PD Dr. Natascha Schäfer: https://www.ukw.de/forschung-lehre/neurobiologie/forschung/3d-rueckenmarksmodelle/

Publikation: Nicoletta Murenu, Esra Tuerker, Anna-Lena Wiessler, Jessica Faber, Ievgenii Liashenko, Jeanette Weigelt, Jörg Tessmar, Paul D. Dalton, Sibylle Jablonka, Mateo S. Andrade Mier, Carmen Villmann, Silvia Budday, Natascha Schaefer. Purpose-Adaptable Reinforced 3D Hyaluronic-Acid Based Platform to Study Pathomechanisms of the Central Nervous System. Advanced Healthcare Materials (2026): e05946. https://doi.org/10.1002/adhm.202505946

Eine Polyneuropathie ist eine Erkrankung, bei der mehrere periphere Nerven gleichzeitig geschädigt sind, was zum Beispiel Kribbeln, Taubheitsgefühle, Schmerzen oder Muskelschwäche meist an Händen und Füßen verursacht.

Patientinnen und Patienten, die Anti-Contactin-1-Autoantikörper bilden, leiden häufig zusätzlich an einer Glomerulonephritis, eine entzündliche Erkrankung der Nieren, bei der die feinen Filtereinheiten (Glomeruli) geschädigt werden, sodass unter anderem Eiweiß oder Blut in den Urin gelangen und die Nierenfunktion beeinträchtigt sein kann. Auch Diabetes mellitus tritt bei ihnen gehäuft auf. Die unterschiedlichen klinischen Verläufe und Begleiterkrankungen könnten auf verschiedene Epitope der zugrunde liegenden Autoantikörper zurückzuführen sein. Epitope sind Molekülabschnitte, an denen das Immunsystem gezielt bindet. 

In dieser Studie untersuchten die Arbeitsgruppen von Prof. Dr. Carmen Villmann (Institut für klinische Neurobiologie), Prof. Dr. Kathrin Doppler (Neurologische Klinik) und Dr. Hans Maric (Rudolf-Virchow-Zentrum) über Bindung an Deletionsmutanten und Peptid-Microarrays, ob verschiedene Epitope mit bestimmten klinischen Phänotypen assoziiert sind. Die Forschenden fanden heraus, dass dies tatsächlich der Fall ist. Die Studie zeigt, dass die Erkrankung heterogener ist als bislang angenommen. Das Vorliegen verschiedener Epitope innerhalb der Erkrankung deutet auf verschiedene Auslöser der Autoimmunreaktion und verschiedene Effekte der Autoantikörper im Gewebe hin. Die Bestimmung der Epitope könnte somit ein Prognosefaktor für die Erkrankung des einzelnen Patienten sein. 

Publikation
Julia Grüner, Ivan Talucci, Carolin Kurth, Markus Bayer, Luise Appeltshauser, Andreas Steinbrecher, Liis Väli, Sabine Ulrike Vay, Alexander Grimm, Mario Fuchs, Albrecht Günther, Christian Geis, Claudia Sommer, Hans Michael Maric, Carmen Villmann, Kathrin Doppler. Distinct Epitopes Are Associated With Clinical Phenotypes in Autoimmune Nodopathies With Anti-Contactin1 Autoantibodies. Neurol Neuroimmunol Neuroinflamm. 2026 Jan;13(1):e200507. doi: 10.1212/NXI.0000000000200507. Epub 2025 Nov 17. PMID: 41248448; PMCID: PMC12624422.
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Im Gehirn der Betroffenen finden sich extrazelluläre Plaques, die das Protein Amyloid-β enthalten, sowie intrazelluläre Ablagerungen des Tau-Proteins. In den letzten Jahren gab es vermehrt Hinweise darauf, dass die Tau-Ablagerungen eine zentrale Rolle beim Pathomechanismus spielen, der zum Verlust der Nervenzellen führt. Die Tau-Akkumulationen treten zuerst in den neuronalen Fortsätzen, den Axonen, auf. Dadurch wird die Funktion der betroffenen Nervenzellen gestört. Eine Arbeitsgruppe aus dem Institut für Klinische Neurobiologie konnte einen Mechanismus identifizieren, der die lokale Produktion von Tau in Axonen steuert. Das hnRNP-R-Protein bindet an die 3'-UTR-Region der MAPT-mRNA, welche für das Tau-Protein kodiert, und bewirkt deren Transport in Axone, wodurch Tau lokal hergestellt wird. Mithilfe von Antisense-Oligonukleotiden (ASOs) konnte die Bindung von hnRNP R an die MAPT-mRNA blockiert und somit die Produktion von Tau in Axonen verringert werden. Dies führte nicht nur zu einer Reduktion der Tau-Ablagerungen, sondern auch der Amyloid-β-Plaques.

Abdolhossein Zare, Saeede Salehi, Jakob M. Bader, Anna-Lena Wiessler, Manuela Prokesch, Vincent Albrecht, Carmen Villmann, Matthias Mann, Michael Briese & Michael Sendtner. Axonal tau reduction ameliorates tau and amyloid pathology in a mouse model of Alzheimer’s disease. Transl Neurodegener 14, 39 (2025). https://doi.org/10.1186/s40035-025-00499-0

Die Forschungsgruppe von Michael Sendtner untersuchte die Rolle des SMN-Proteins beim axonalen Transport von Boten-RNA (mRNA). Dieser Transport ermöglicht die Produktion von Proteinen für Synapsen in den Endabschnitten der Nervenzellfortsätze und stellt somit die Erregungsübertragung von den motorischen Nervenzellen zu den Muskelfasern sicher. Insbesondere die Produktion des Munc13-1-Proteins in den präsynaptischen Terminalen ist bei der spinalen Muskelatrophie massiv gestört, da die entsprechende mRNA nicht in die Axone transportiert wird. Das Munc13-1-Protein ist für die Signalübertragung an den Kontaktstellen zwischen Nerven und Muskeln (Synapsen) entscheidend.

Dies kann korrigiert werden, indem die 3′-UTR-Region der Munc13-1-mRNA durch die des Synaptophysin-1-Transkripts ausgetauscht wird, dessen Transport bei spinaler Muskelatrophie nicht beeinträchtigt ist. So können die Funktion und die Ultrastruktur präsynaptischer Terminale, die mithilfe hochauflösender lichtmikroskopischer Verfahren in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Markus Sauer am Institut für Biotechnologie und Biophysik der Universität Würzburg am Hubland erstmals dargestellt werden konnten, wiederhergestellt werden. 

Mehri Moradi, Julia Weingart, Chunchu Deng, Mahoor Nasouti, Michael Briese, Sibylle Jablonka, Markus Sauer, Michael Sendtner. Munc13-1 restoration mitigates presynaptic pathology in spinal muscular atrophy. Nat Commun 16, 8724 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-64164-w

Silvia Rodriguez-Rozada und Philip Tovote fassen aktuelle Erkenntnisse zu spezifischen Zelltypen und neuronalen Pfaden zusammen, die sowohl in Ruhe als auch unter Bedrohung aktiv sind. Dabei greifen sie auf ein Rahmenmodell zurück, das von derselben Forschungsgruppe in einer früheren Studie (Signoret-Genest, Schukraft et al. 2023) entwickelt wurde. In diesem Review wird das Modell verallgemeinert und anhand von Beispielen anschaulicher erklärt. Es unterscheidet zwischen schnellen „Mikrozuständen“ und langanhaltenden „Makrozuständen“, die kontext- und zeitabhängige Bedrohungsniveaus widerspiegeln. Durch die Synthese neuer Erkenntnisse und die Weiterentwicklung eines strukturierten konzeptuellen Modells leistet diese Arbeit einen wichtigen Beitrag zum besseren Verständnis der dynamischen Regulation von Gehirn-Herz-Interaktionen – ein Forschungsfeld von wachsender Relevanz für Neurowissenschaften und Kardiologie.

Silvia Rodriguez-Rozada, Philip Tovote. Central regulation of cardio-behavioral responses: Circuit engagement during aversive emotional states. Current Opinion in Neurobiology, Volume 94, 2025, 103105, ISSN 0959-4388, https://doi.org/10.1016/j.conb.2025.103105

Patienten können dabei an einer Vielfalt von Symptomen leiden, beispielsweise an Muskelkrämpfen, Steifheit, einer erhöhten Schreckreaktion, aber auch Angststörungen oder epileptischen Anfällen. In der vorliegenden Publikation untersuchte Dr. Anna-Lena Wiessler vom Institut für Klinische Neurobiologie die Bindungsmuster von Autoantikörpern gegen verschiedene Gewebe des zentralen Nervensystems in der Maus, darunter Rückenmark, Hirnstamm und Hippocampus. Dabei konnte eine Korrelation zwischen der Bindung an bestimmte Hirnareale und den spezifischen Symptomen einzelner Patienten gezeigt werden,. Dies trägt zur Individualität des Krankheitsverlaufs und der Symptomatik von Glycinrezeptor-Autoantikörper-vermittelter Erkrankungen bei.

Inken Piro*, Anna-Lena Wiessler*, Eleni Kakavela, Betül Baykan, Erdem Tüzün, Carmen Villmann, Claudia Sommer (*shared first author), Binding patterns of glycine receptor autoantibodies are related to clinical syndromes. Acta Neuropathol Commun. First published: 31 July 2025. https://doi.org/10.1186/s40478-025-02082-0