„Dieser Zucker gelangt in den Hippocampus und sollte dort nicht sein“, sagte Robert Linhardt, Professor für Biokatalyse und Metabolic Engineering am Rensselaer Polytechnic Institute und Hauptautor der Studie. „Wir denken tatsächlich, dass dies das Gedächtnis im Hippocampus neu verdrahtet und Gedächtnisverlust verursacht. Neuronale Schaltkreise werden gestört oder unterbrochen oder falsch verbunden.“Die Studie ist das jüngste Ergebnis einer sechsjährigen Partnerschaft zwischen Linhardt und Dr. Eric Schmidt, Experte für Sepsis und Assistenzprofessor am Department of Medicine der University of Colorado Denver.

Sepsis ist eine systemische Infektion des Körpers. Ein Drittel der Patienten, die mit Sepsis in Krankenhäuser eingeliefert werden, erleiden einen septischen Schock. Davon wird die Hälfte sterben. In einer 2016 im American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine veröffentlichten Studie entwickelte ein Team um Schmidt und Linhardt einen einfachen, aber genauen Test, um festzustellen, ob sich Patienten mit septischem Schock erholen oder sterben würden.Der Test verwendet eine Urinprobe, um die Konzentrationen einer Art von Zucker – Glykosaminoglykane – zu überprüfen, die normalerweise Zellen auskleiden, die Blutgefäße und andere Oberflächen im Körper auskleiden. Beim septischen Schock wirft der Körper Fragmente dieser Zucker ab, und das Team stellte fest, dass höhere Konzentrationen den Tod bedeuten. Der Test wird in klinischen Umgebungen eingesetzt, und die Erkenntnisse haben Ärzten geholfen, nach wirksameren Therapien zu suchen.

Ihr nächster Schritt testete, ob ein Zusammenhang zwischen dem Zucker und dem mit septischem Schock verbundenen mentalen Altern besteht. Untersuchungen, die in der Februar-Ausgabe des Journal of Clinical Investigations veröffentlicht wurden, zeigten, dass während des septischen Schocks Fragmente des Zuckerheparansulfats die Blut-Hirn-Schranke überquerten und in den Hippocampus gelangten, eine Region des Gehirns, die für das Gedächtnis und die kognitive Funktion entscheidend ist. Es gab Hinweise darauf, dass das Heparansulfat an den vom Gehirn abgeleiteten neurotrophen Faktor (BDNF) binden könnte, der für die Langzeitpotenzierung des Hippocampus, einen Prozess, der für die Bildung des räumlichen Gedächtnisses verantwortlich ist, von entscheidender Bedeutung ist. Die Forscher fanden auch heraus, dass das Vorhandensein eines angereicherten Heparansulfats im Blutplasma septischer Patienten bei Aufnahme auf eine Intensivstation eine kognitive Beeinträchtigung vorhersagte, die 14 Tage nach der Entlassung festgestellt wurde.

Um sicher zu gehen, wollten die Forscher sehen, dass das Heparansulfat in den Hippocampus eindringt und mit BDNF bindet. Die neue Studie in PNAS zeigt genau das. Um Heparansulfat in einem Meer anderer Zucker, die sich durch den Blutkreislauf bewegen, ins Gehirn zu verfolgen, musste Linhardts Team Heparansulfat synthetisieren, das mit einem stabilen Kohlenstoffisotop markiert ist, das im Gegensatz zu vielen anderen Markierungsmethoden völlig sicher ist und mit dem natürlichen Zucker identisch ist. Sie brauchten zwei Jahre, um herauszufinden, wie es geht.

Dann stellten sie ihre Hypothese auf den Prüfstand. Bei gesunden Mäusen wurden 100 Prozent des markierten Heparansulfats innerhalb von 20 Minuten über den Urin ausgeschieden, und keines gelangte jemals ins Gehirn. Bei septischen Mäusen fanden die Forscher jedoch eine kleine Menge markiertes Heparansulfat in der Hippocampusregion des Gehirns.“Jetzt, da wir die Ursache für kognitive Schäden beim septischen Schock kennen, gibt es uns ein klares Ziel für eine medikamentöse Therapie: etwas, das an den Zucker bindet und ihn klärt, oder ein Enzym, das ihn in etwas umwandelt, das die kognitive Funktion nicht beeinträchtigt“, sagte Linhardt. „Dies ist ein wichtiger Fortschritt, und wir sind begeistert von der Geschichte, die sich entfaltet.“