SARS-CoV-2: So tötet das Coronavirus Gehirnzellen ab

In den letzten Monaten wurde die Wirkung der von dem Virus SARS-CoV-2 ausgelösten Krankheit Covid-19 im Körper mehr und mehr erforscht. Ob und wenn ja inwiefern das Coronavirus auch Hirnzellen und Nerven befallen kann, war bislang unklar. Eine Testreihe mit menschlichen Hirn-Organoiden konnte nun zeigen, dass das Virus sehr wohl in Hirnzellen eindringt und großflächig Neuronen abtöten kann.

SARS-COV-2 führt zu neurologischen Symptomen und Spätfolgen

Dass eine Infektion mit dem Coronavirus SARS-CoV-2 im Körper langfristig Schäden anrichten kann, unter anderem in der Lunge, dem Darm oder den Blutgefäßen, ist bereits seit einer Weile bekannt. Und auch dafür, dass das Gehirn in Mitleidenschaft gezogen werden kann, gab es hinreichend Hinweise. Diese Hinweise beginnen mit den Riechstörungen als Symptom einer Covid-19-Erkrankung und enden mit teilweise schweren Spätfolgen wie Hirnentzündungen, Nervenschäden oder Hirnschlägen – alles Komplikationen, die sogar bei asymptomatischen Infektionen auftreten können.

Ob diese neurologischen Symptome und Spätfolgen direkt vom Coronavirus verursacht werden oder eher auf die Immunreaktion des Körpers oder andere indirekte Effekte zurückgehen, war bislang unklar. Ebenso, wie die Wissenschaft nicht wusste, ob das Virus die Hirnzellen direkt angreifen kann. Ein Team rund um Eric Song von der Yale University sind dieser Frage nun nachgegangen.

Test an Organoiden

Dazu züchteten die Forscher aus neuronalen Stammzellen vorerst menschliche Mini-Gehirne, sogenannte Organoide. Nach neun Wochen setzten sie diese SARS-CoV-2 aus. Bereits nach 24 Stunden waren erste Neurone mit dem Wird infiziert. „Nach 96 Stunden beobachteten wir eine weitverbreitete Infektion, die vor allem auf die Regionen mit einer hohen Dichte an kortikalen Zellen konzentriert war“, so die Forscher.

Mittels eines Elektronenmikroskops ließ sich dann nachweisen, dass das Virus tatsächlich in die Zellen eingedrungen war und sich dort vermehrte. Die Forscher fanden auch Hinweise darauf, dass SARS-CoV-2 die neuronale Zellmaschinerie nutzen kann, um sich zu vermehren. Für den Befall der Zellen nutzt das Virus offenbar auch im Gehirn den ACE2-Rezeptor, der in der grauen Hirnsubstanz sowie auf anderen Zellen des Zentralen Nervensystems oft auf der Oberfläche von Zellen zu finden ist. Als die Forscher den Rezeptor blockierten, kam es nicht mehr zu einer Infektion der Neuronen.

Neuronensterben in beachtlichem Ausmaß

Die Folgen der Infektion waren immens: Die Neuronen in den Organoiden starben reihenweise ab, wobei überraschenderweise nicht die infizierten Zellen am stärksten betroffen waren, sondern die unmittelbar an diese angrenzenden. Die Infektion mit SARS-CoV-2 führt also auch bei den Nachbarzellen zu Veränderungen des Zellstoffwechsels und final zum Zelltod, der durch lokalen Sauerstoffmangel verursacht wird. „ „Dies trägt dazu bei, Gewebeschäden bei einem ohnehin schon sauerstoffarmen Zustand zu fördern“, so die Forscher.

In Experimenten mit Mäusen untersuchten die Wissenschaftler dann die Folgen der Infektion für einen lebenden Organismus. Dafür verwendeten sie einen genetisch modifizierten Mäusestamm humanen ACE2-Rezeptoren auf den Zellen. Die Tiere wurden dann mit SARS-CoV-2 infiziert.

„ Sieben Tage nach der Infektion war das Virus bereits großflächig in den Neuronen des Vorderhirns präsent. Die meisten Hirnregionen enthielten eine hohe Dichte infizierter Zellen – mit der bemerkenswerten Ausnahme des Kleinhirns“, so die Forscher. Mäuse, die den ACE2-Rezeptor im Gehirn trugen, erlitten einen signifikanten Gewichtsverlust mit anschließendem Tod. Eine Kontrollgruppe, die den Rezeptor nur auf der Lunge trug, überlebte die Infektion hingegen.

Covid-19 greift das Gehirn direkt an

Die Experimente der Forscher belegen nach deren Ansicht klar, dass das Coronavirus Gehirnzellen direkt angreifen kann. „ Unsere Studie ist eine klare Demonstration, dass Neuronen Ziel der SARS-CoV-2-Infektion werden können – mit der verheerenden Konsequenz lokalisierter Ischämien und einem Zellsterben im Gehirn“, schließen Song und sein Team.

Ungeklärt ist jedoch, in welchem Maße das Virus bei Menschen ins Gehirn eindringt. Die Nase bietet zwar einen recht direkten Zugang ins Gehirn, aber das Virus scheint bei längst nicht allen Infektionen diesen Zugang zu instrumentalisieren.

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