Das Kleinhirn spielt eine entscheidende Rolle für die Koordination von Bewegungen, aber auch für die Entwicklung von Sprache, emotionaler Kontrolle und Einfühlungsvermögen. Die Entwicklung dieser Hirnregion nimmt erst gegen Ende der Schwangerschaft Fahrt auf: „Das Kleinhirn entwickelt sich zwischen der 24. und der 40. Schwangerschaftswoche schneller als jede andere Hirnregion und verfünffacht in dieser Zeit sein Volumen“, erklärt ein Team um Georgios Sanidas vom Children’s National Hospital in Washington DC.
Bei Frühchen muss ein wichtiger Teil dieser Entwicklung außerhalb des schützenden Mutterleibs stattfinden. Viele von ihnen haben dadurch im Kindesalter Schwierigkeiten mit der motorischen Kontrolle, der Sprachentwicklung und dem Lernen – selbst wenn keine nachweisbaren Hirnschäden vorliegen. „Wir konnten schon immer die Entwicklungsunterschiede bei Frühgeborenen erkennen, aber wir konnten die zellulären Mechanismen, die dahinterstecken, nicht sehen“, sagt Sanidas‘ Kollege Panagiotis Kratimentos.
Unterschiedliche Startbedingungen
Um herauszufinden, wie sich eine Frühgeburt auf die Hirnentwicklung auswirkt, haben Sanidas und sein Team nun Daten von 176 lebenden Kindern unterschiedlichen Geburtsalters mit Erkenntnissen aus Hirngewebeproben von 83 verstorbenen Frühchen und Säuglingen kombiniert. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass eine Frühgeburt den Entwicklungsverlauf des Kleinhirns verändert“, berichtet das Team.
Ultraschalluntersuchungen offenbarten, dass sich das Wachstum dieser Hirnregion durch eine Frühgeburt verzögert: „Pro zusätzlicher Woche im Mutterleib war das Volumen des Kleinhirns um 230 Quadratmillimeter größer“, berichtet das Team. Je früher ein Kind geboren wurde, desto weiter lag es beim Kleinhirnvolumen zurück. Bis zum Alter von drei Jahren korrelierte ein geringeres Kleinhirnvolumen mit Verzögerungen bei den Bewegungs-, Sprach- und Denkfähigkeiten der Kinder.
Nach der Geburt nahm das Volumen zwar bei allen Frühchen in ähnlichem Tempo zu, unabhängig vom Geburtsalter – ähnlich wie bei Läufern, die zeitversetzt starten, aber anschließend das gleiche Tempo beibehalten. Extrem frühgeborene Babys fielen dadurch weder mit der Zeit weiter zurück, noch holten sie gegenüber Kindern, die mehr Zeit im Mutterleib hatten, auf.
Verschobene Entwicklung
Doch das Kleinhirn der Frühchen ist nicht einfach nur „später dran“. Stattdessen durchläuft es grundlegend andere Entwicklungsmuster als bei Kindern mit ausreichend Zeit im Mutterleib, wie die Forschenden anhand von Gewebeproben nachwiesen. Normalerweise reifen verschiedene Zelltypen des Kleinhirns in engem Zusammenspiel aus. Sogenannte Körnerzellen wandern während ihrer Reifung von der äußeren Schicht des Kleinhirns in innere und interagieren dabei mit den weit verzweigten Purkinje-Zellen. Diese wiederum dünnen sich mit zunehmendem Entwicklungsalter aus und verfeinern sich.
Bei Frühgeborenen dagegen bleiben mehr Vorläufer der Körnerzellen in der äußeren Schicht und die Dichte der Purkinje-Zellen bleibt hoch. „Die unvollständige Reifung der Granularzellen und die beeinträchtigte strukturelle Verfeinerung der Purkinje-Zellen deuten auf eine linienspezifische Asynchronität in der Entwicklung hin“, schreibt das Forschungsteam. Bei einem Kind, das in der 30. Schwangerschaftswoche geboren wurde, ist das Kleinhirn acht Wochen später dadurch anders aufgebaut als bei einem Kind, das in der 38. Schwangerschaftswoche zur Welt kommt.
„Die Beurteilung und Behandlung von Frühgeborenen sollte sich deshalb eher am Entwicklungsstand als am chronologischen Alter orientieren“, sagt Co-Autor Vittorio Gallo vom Seattle Children’s Research Institute in Washington.
Energiemangel und neue Eindrücke
Die Gründe für die verschobene Entwicklung liegen laut Sanidas und seinen Kollegen wahrscheinlich zum einen darin, dass die Energieversorgung des Gehirns außerhalb des Mutterleibs weniger gut gewährleistet ist als innerhalb der Gebärmutter. Zum anderen sind die frühgeborenen Kinder bereits früh mit sensorischen Reizen konfrontiert, die die Entwicklung ihres Gehirns ebenfalls beeinflussen können. Auch wenn der Zeitpunkt der Geburt den größten Einfluss hat, können die Bedingungen nach der Geburt ebenfalls positiv oder negativ auf die Entwicklung des Gehirns einwirken.
Die Erkenntnisse aus der aktuellen Studie können dabei helfen, die Versorgung von Frühchen zu verbessern. „Anstatt das Gehirn eines Frühgeborenen als Black Box zu behandeln, können wir nun neuroprotektive Strategien so konzipieren und zeitlich abstimmen, dass sie genau auf den biologischen Zustand der Gehirnzellen eines Babys auf der Neugeborenen-Intensivstation abgestimmt sind“, sagt Kratimenos. „So können wir ihnen helfen, reibungslos von der frühen Anpassung zum Aufbau gesunder neuronaler Schaltkreise überzugehen.“
Quelle: Georgios Sanidas (Children’s National Hospital, Washington DC, USA) et al., Science, doi: 10.1126/science.aeb9095
