Investieren in Nobelpreis‑Erfolge – Neuronen & Gehirnarchitektur

Geschichte des Nobelpreises

Der Nobelpreis ist die prestigeträchtigste Auszeichnung in der wissenschaftlichen Welt. Er wurde gemäß Alfred Nobels Testament geschaffen, um einen Preis „an diejenigen, die im vorangegangenen Jahr den größten Nutzen für die Menschheit erbracht haben“ in Physik, Chemie, Physiologie oder Medizin, Literatur und Frieden zu verleihen. Ein sechster Preis wurde später für Wirtschaftswissenschaften von der schwedischen Zentralbank eingerichtet.

Die Entscheidung, wem der Preis verliehen wird, liegt bei mehreren schwedischen akademischen Institutionen.

Erbschaftsbedenken

Alfred Nobel kam die Idee, den Nobelpreis zu schaffen, nachdem er seine eigene Nachruf gelesen hatte, der durch einen Fehler einer französischen Zeitung entstanden war, die die Nachricht vom Tod seines Bruders missverstand. Mit dem Titel „Der Händler des Todes ist tot“ kritisierte der französische Artikel Nobel wegen seiner Erfindung rauchfreier Sprengstoffe, von denen Dynamit der berühmteste war.

Seine Erfindungen hatten großen Einfluss auf die Gestaltung der modernen Kriegsführung, und Nobel kaufte ein riesiges Eisen‑ und Stahlwerk, um es zu einem bedeutenden Rüstungshersteller auszubauen. Da er zunächst Chemiker, Ingenieur und Erfinder war, erkannte Nobel, dass er nicht möchte, dass sein Erbe ein Mann ist, der dafür in Erinnerung bleibt, ein Vermögen durch Krieg und den Tod anderer gemacht zu haben.

Nobelpreis

Heutzutage ist Nobels Vermögen in einem Fonds angelegt, der Erträge erwirtschaftet, um die Nobelstiftung sowie die vergoldete grüne Goldmedaille, das Diplom und den Geldpreis von 11 Millionen SEK (etwa 1 Million $) für die Preisträger zu finanzieren.

Quelle: Britannica

Oft wird das Nobelpreisgeld auf mehrere Gewinner aufgeteilt, insbesondere in wissenschaftlichen Bereichen, wo es üblich ist, dass 2 oder 3 führende Persönlichkeiten gemeinsam oder parallel zu einer bahnbrechenden Entdeckung beitragen.

Im Laufe der Jahre wurde der Nobelpreis DER wissenschaftliche Preis, der versucht, ein Gleichgewicht zwischen theoretischen und sehr praktischen Entdeckungen zu finden. Er hat Leistungen ausgezeichnet, die die Grundlagen der modernen Welt geschaffen haben, wie Radioaktivität, Antibiotika, Röntgenstrahlen oder PCR, sowie grundlegende Wissenschaft wie die Energiequelle der Sonne, die Elektronenladung, atomare Struktur oder Superfluidität.

Unser Gehirn verstehen

Die Natur des menschlichen Geistes und der tierischen Intelligenz ist seit Jahrtausenden Gegenstand philosophischer Debatten. Lange Zeit bestimmten vor allem Meinungen und Vorurteile, welche Sichtweise dominieren würde.

Dies änderte sich mit dem Aufkommen der modernen Neurowissenschaften. Mit der Entdeckung von Neuronen und ihrer Fähigkeit, elektrische Signale zu übertragen, wurde die Idee, einzelne Neuronen zu studieren, um komplexe mentale Mechanismen zu erklären, realistisch.

Dies wurde mit Tierstudien und experimenteller Psychologie kombiniert, um die ersten wahren Einblicke zu erhalten, wie unser Gehirn funktioniert.

Die Entdeckung der „Signaltransduktion im Nervensystem“ wurde 2000 mit dem Nobelpreis für Medizin ausgezeichnet. Neurologie ist ein Feld, das von diesem prestigeträchtigen Preis ausgezeichnet wurde, ebenso wie der Nobelpreis für Medizin 2021 „für ihre Entdeckungen von Rezeptoren für Temperatur und Berührung“.

Eine potenziell noch beeindruckendere Entdeckung war jedoch die, die mit dem Nobelpreis für Medizin 2014 ausgezeichnet wurde, „für ihre Entdeckungen von Zellen, die ein Ortungssystem im Gehirn bilden“. Die Hälfte dieses Preises wurde John O’Keefe zugeschrieben und ein Viertel beiden May‑Britt Moser und ihrem Mann Edvard I. Moser.

Quelle: Nobel Prize

Ein Gefühl für Ort schaffen

Die erste Idee, dass das Gehirn in der Lage ist, durch halb‑bewusste Gedanken Verbindungen zwischen Orten und Ereignissen herzustellen, wurde vom experimentellen Psychologen Edward Tolman entwickelt.

Bei der Beobachtung von Tieren stellte Tolman 1948 die Hypothese auf, dass Tiere mental Orte und Ereignisse verbinden und so eine mentale Karte erstellen, die es ihnen ermöglicht, einen Ort zu navigieren und scheinbar unzusammenhängende Orte mental zu verknüpfen.

Diese Idee stellte sich als korrekt heraus, erfordert jedoch fortgeschrittenere Techniken, um die Gehirnaktivität selbst zu untersuchen und zu beweisen.

John O’Keefe hatte eine Ausbildung in physiologischer Psychologie, einem Gebiet, das sich mit dem Einfluss biologischer Strukturen auf mentale Phänomene beschäftigt. Ende der 1960er Jahre begann er, die Aktivität von Neuronen im Gehirn von Ratten in Bezug auf deren Bewegung und Position zu untersuchen, wobei er implantierte Mikrodraht‑Aufnahmen nutzte.

Quelle: Research Gate

Dank dieser fortschrittlichen Messmethode konnte die Gehirnaktivität untersucht werden, wenn das Tier sich frei bewegte, wodurch ein natürliches Verhaltensmuster nachgebildet wurde.

Hier war die Forschung von John O’Keefe einzigartig, da frühere Forscher, die die Hippocampus‑Aktivität aufzeichneten, ihre Untersuchungen auf eingeschränkte Verhaltensaufgaben oder strenge Stimulus‑Response‑Protokolle beschränkten.

Dabei entdeckte er eine Klasse von Neuronen, die als „Ortungszellen“ (place cells) bezeichnet werden und im Hippocampus der Ratte liegen, einem Bereich, der als physischer Ort vieler gedächtnisbezogener mentaler Mechanismen bekannt ist.

Quelle: Nobel Prize

Hippocampus & Ortungszellen

Der Hippocampus ist seit den 1950er Jahren als Sitz der speicherbezogenen Funktion des Gehirns bekannt. Zum Beispiel führte der Verlust beider Hippocampi bei menschlichen Patienten zu schweren Gedächtnisdefiziten.

Dazu gehörte der Verlust der Fähigkeit, neue Erinnerungen zu enkodieren, während alte Erinnerungen weiterhin abgerufen werden konnten. Es gibt jedoch auch interessantere Befunde, etwa dass Londoner Taxifahrer, die ein umfangreiches Training absolvieren, um Tausende von Straßen zu navigieren, während ihres Trainings signifikant größere Hippocampus‑Volumina entwickeln als Kontrollpersonen.

O’Keefe stellte fest, dass Ortungszellen aktiv wurden, wenn das Tier sich an einem bestimmten Ort befand. Durch systematisches Testen zeigte er zudem, dass dies keine Reaktion auf spezifische Reize war, etwa die Farbe des Ortes oder das Vorhandensein von Nahrung. Stattdessen aktivierten die Ortungsneuronen, wenn das Tier an genau dieser Stelle war, und hörten auf, wenn es den Ort verließ.

Jede Ortungszelle war nicht auf einen spezifischen Ort spezialisiert; vielmehr aktivierte jede Position und Umgebung eine bestimmte Kombination von Ortungszellen, ähnlich einem komplexen Koordinatensystem.

Weitere Entdeckungen zu Ortungszellen

Bei tieferer Untersuchung entdeckte O’Keefe, dass die Aktivität der Ortungszellen sich neu anordnete, wenn die Ratte einer neuen Umgebung ausgesetzt wurde. Und sobald das Muster erlernt war, blieb es beständig. Dies liefert eine solide Grundlage für die Theorie, dass Ortungszellen ein zelluläres Substrat für das Gedächtnis bilden.

Die Idee einer „zellulären Kartierung“ löste zunächst Kontroversen aus, bevor sie breiter akzeptiert wurde. Sie ebnete den Weg zu weiteren Untersuchungen der physiologischen Grundlage des Gedächtnisses. Dieses Mal sollte das Auffinden neuer Neuronentypen und die genaue Beobachtung ihrer Position das fehlende Puzzleteil zum Verständnis der Funktionsweise des räumlichen Gedächtnisses liefern.

Ein Gehirn‑Gitter zur Kartierung der Welt

Die Entdeckung der Ortungszellen lenkt die Forschung zum räumlichen Gedächtnis auf den Hippocampus. Allerdings stammen die meisten Stimuli des Hippocampus von einer Struktur am dorsalen Rand des Rattengehirns, dem entorhinalen Kortex. So wurde dieser Bereich zum Forschungsschwerpunkt von May‑Britt & Edvard Moser.

Quelle: Bright Focus

Frühere Forschungen haben gezeigt, dass der entorhinale Kortex Zellen enthält, die ähnliche Eigenschaften wie die Ortungszellen des Hippocampus aufweisen. Doch die Mosers entdeckten in diesem Hirnareal einen völlig neuen Zelltyp, die sogenannten Gitterzellen (grid cells).

Hexagonales Muster der Gitterzellen

Die Gitterzellen befinden sich in spezifischen Knoten, die zusammen ein sehr regelmäßiges hexagonales Muster bilden. Ein solches Gittermuster war zuvor im Gehirn nie beobachtet worden. Es wurde schnell klar, dass sein Auftreten kein Zufall, sondern ein streng regulierter Prozess durch komplexe Netzwerkaktivität ist.

Quelle: Nobel Prize

Interessanterweise wurden die Gitterzellen in ein Netzwerk eingebettet, das aus Kopfrichtungszellen und Randzellen besteht, wobei einige Zellen gleichzeitig Kopfrichtungs‑ und Randfunktionen besitzen.

Kopfrichtungszellen fungieren als Kompass und aktivieren sich nur, wenn der Kopf des Tieres in eine bestimmte Richtung zeigt. Randzellen hingegen aktivieren sich, wenn die Ratte auf eine Wand oder ein Hindernis trifft.

Die Moser‑Ehepartner entdeckten zudem, dass die Gitter‑, Kopfrichtungs‑ und Randzellen neuronale Verbindungen zu den Hippocampus‑Ortungszellen projizierten.

Gemeinsam zeigten weitere Forschungen der Moser‑Ehepartner und O’Keefe, dass das „Koordinatensystem“ der Ortungszellen durch die Gitter‑ und Randzellen aktiviert und reguliert wird, in einem komplexen zweischichtigen System, das auf Neuronen die tatsächliche physische Umgebung abbildet.

Quelle: Nobel Prize

Ein konservierter Mechanismus bei allen Säugetieren

Obwohl die Forschung hauptsächlich an Ratten durchgeführt wurde (aus praktischen, Kosten‑ und ethischen Gründen), ist sie wahrscheinlich auch für andere Säugetiere, einschließlich Menschen, gültig.

2003 wurden beim Menschen place‑ähnliche Zellen gefunden, 2010 grid‑ähnliche Zellen, was weitere Hinweise darauf liefert, dass ein solches System im Verlauf der Evolution erhalten blieb. Das ist nicht überraschend, da die hippocampal‑entorhinale Struktur bei allen Säugetieren gut erhalten ist. Auch bei nicht‑säugetierischen Wirbeltieren finden sich ähnliche hippocampal‑ähnliche Strukturen, was darauf hindeutet, dass dieser Mechanismus sehr alt und über sehr unterschiedliche Arten hinweg gut konserviert ist.

Das in Ortungszellen kodierte Ortsgedächtnis wird während des Schlafs ebenfalls „reproduziert“, was wahrscheinlich zur Konsolidierung des Musters und zur langfristigen Erhaltung des Gedächtnisses führt.

Insgesamt bieten diese Entdeckungen eine solide Grundlage, um das ortsbezogene Gedächtnis auf Neuronenebene und die Gehirnaktivität zu erklären.

Anwendungen

Die Komplexität des Gehirns entschlüsseln

Diese Forschungsarbeit befasst sich mit den grundlegenden Funktionen des Gehirns. Sie birgt jedoch zahlreiche potenzielle Anwendungen, wie die meisten anderen neurowissenschaftlich ausgerichteten Nobelpreise. Das liegt daran, dass das Gehirn ein besonders schwieriges Organ zu behandeln ist. Es ist durch die Blut‑Hirn‑Schranke geschützt, die viele chemische oder biotechnologische Therapien unwirksam macht. Zudem ist es ein extrem komplexes Organ. Das Studium ist schwierig, da die meisten Aktivitäten transient und elektrisch sind, während chemische Signale auf die Synapsenschnittstelle der Neuronen beschränkt sind.

Einige Wissenschaftler, wie der Nobelpreisträger Penrose (für nicht verwandte Forschungen zur Entstehung von Schwarzen Löchern), vermuten sogar, dass das Bewusstsein aus quantenmechanischen Phänomenen entstehen könnte. Diese Idee wurde nun durch die Entdeckung quantenmechanischer Effekte in den Mikrotubuli von Neuronen bestätigt.

Insgesamt werden Therapien, die das Gehirn ansprechen, höchstwahrscheinlich ein tiefes Verständnis darüber erfordern, wie Gedächtnis, Bewusstsein und Wahrnehmungen vom Gehirn erzeugt und verarbeitet werden.

Klinische Bedürfnisse

Gedächtnisverlust ist eines der ersten und problematischsten Symptome vieler neurodegenerativer Erkrankungen, wie altersbedingter Demenz und Alzheimer. O’Keefe und sein Team haben in Tiermodellen für Alzheimer gezeigt, dass der Abbau von Ortungszellen mit dem Verlust des räumlichen Gedächtnisses korreliert.

Da die Hippocampus‑Formation zu den ersten Strukturen gehört, die bei Alzheimer betroffen sind, könnte ein tieferes Verständnis der Gehirnmechanismen neue therapeutische Optionen ermöglichen.

Investitionen in die Neurologie

Neurologie ist heute eines der fortschrittlichsten Gebiete der Biologie und Medizin. Ihre Bedeutung wächst aufgrund der alternden Bevölkerung, wobei altersbedingte psychische und Gehirnerkrankungen ein zunehmendes Problem darstellen.

Wir haben ausführlicher untersucht, wie dies das „nächste große Ding“ für den Pharmasektor sein könnte, im Artikel „The Next Blockbuster Therapies: Curing Neurological Disorders“.

Es steht zudem im Fokus der fortschrittlichsten Technologien, wie zum Beispiel den von Elon Musk initiierten Neuralink‑„Gehirnchips“.

Quelle: Neuralink

Sie können in neurologiebezogene Unternehmen über zahlreiche Broker investieren, und hier auf securities.io finden Sie unsere Empfehlungen für die besten Broker in den USA, Kanada, Australien, dem Vereinigten Königreich sowie vielen anderen Ländern.

Wenn Sie nicht daran interessiert sind, einzelne Unternehmen auszuwählen, können Sie auch Biotech‑ETFs wie den iShares Neuroscience and Healthcare ETF (IBRN) oder den Tema Neuroscience and Mental Health ETF (MNTL) in Betracht ziehen, die eine breitere Diversifizierung ermöglichen, um von neurologiebezogenen Aktien zu profitieren.

Neurologie‑Unternehmen

1. BrainStorm Cell Therapeutics

Nicht alle neurowissenschaftlichen Biotech‑Unternehmen setzen auf neue Medikamente. Andere versuchen buchstäblich, das Gehirn direkt zu reparieren, indem sie dem Nervensystem des Patienten durch Stammzelltherapie frische Zellen hinzufügen.

Dies ist die Strategie von Brainstorm Cell Therapeutics, das mit Stammzellen arbeitet, um neurologische Erkrankungen zu heilen oder deren Schaden zu reduzieren.

Brainstorm Cell nutzt seine autologe Zelltechnologie‑Plattform (NurOwn®): Das Unternehmen entnimmt dem Patienten Knochenmarkzellen und wandelt sie in Neuronen und andere Nervenzellen um. Dieser Prozess ist relativ kurz und dauert nur 7 Tage.

Durch diesen Prozess entstehen Nervenzellen mit dem genetischen Code des Patienten, wodurch das Risiko von Inkompatibilität oder Abstoßung der transplantierten Zellen entfällt.

Quelle: Brainstorm Cell

Brainstorm konzentriert sich auf neurologische Erkrankungen wie Multiple Sklerose, Alzheimer, Parkinson, Huntington‑Krankheit oder Autismus‑Spektrum‑Störung.

Die ALS‑Behandlung ist die einzige in Phase 3, mit der Hoffnung, sie schnell genehmigen zu können, und vorläufige Ergebnisse deuten darauf hin, dass sie helfen könnte, wenn sie frühzeitig eingesetzt wird, um das Fortschreiten der Krankheit zu verlangsamen.

Quelle: Brainstorm Cell

In ferner Zukunft können wir uns vorstellen, dass eine von Brainstorm entwickelte Therapie beschädigte Zellen „nachwachsen“ lässt, möglicherweise mit Fokus auf ultra‑spezialisierte Neuronen wie Ortungs‑, Gitter‑ und Randzellen.

2. BICO Group AB (BICO.ST)

Eine Möglichkeit, das Gehirn und die Nerven zu untersuchen, besteht in der Verwendung von zerebralen Organoiden. Diese künstlich erzeugten Mini‑Gehirne können im Labor die Reaktion von Neuronen auf potenzielle Therapien nachbilden und Forschern helfen, Behandlungen für das echte Gehirn zu finden.

Wir haben ausführlicher erläutert, wie es funktioniert und die neuesten Entwicklungen in diesem Bereich im Artikel „Meaningful Steps Toward Organoid Intelligence Being Taken“.

Kürzlich wurden von Forschern der University of Wisconsin–Madison deutlich komplexere zerebrale Organoide 3D‑gedruckt. Sie nutzten dafür einen Cellink‑Bioprinter, was neue Potenziale für dieses Gerät in der neurowissenschaftlichen Forschung eröffnet.

Quelle: Cellink

Im Jahr 2021 wurde Cellink in die BICO Group umbenannt, nachdem das Unternehmen 2019 Cytena und 2020 Scienion übernommen hatte.

Cellink bleibt der Markenname für den Bioprinting‑Bereich des Unternehmens. Die Idee ist, 3D‑Druck‑Methoden wiederzuverwenden, um on‑demand 3D‑Gewebe oder -Organe zu erzeugen. (Eine Diskussion zu diesem Thema finden Sie in „3D Printing Human Organs – How Realistic Is It?“).

Bioprinting macht etwa ein Fünftel des Geschäfts aus, während der Bereich Bioscience‑Automation mehr als drei Fünftel der Einnahmen erwirtschaftet.

Quelle: BICO Group AB

Obwohl nicht das einzige Unternehmen in diesem Bereich, ist Cellink eindeutig ein sehr fortschrittlicher Hersteller von Bioprint‑Geräten. Die Leistung von Prof. Zhang mit diesen Maschinen zeigt ihr Potenzial in der neurowissenschaftlichen Forschung, einem Feld, das derzeit kaum Bioprinting nutzt.

Langfristig werden Bioprinting‑Unternehmen wahrscheinlich von der Bereitstellung von Werkzeugen für Forscher zu Lieferanten von bioprint‑basierten Therapien für pharmazeutische Unternehmen für Patienten übergehen. Dies wird wiederum die Anzahl der eingesetzten Bioprinter und, noch wichtiger, das monatliche Verkaufsvolumen von Verbrauchsmaterialien grundlegend verändern.

Dies ist derselbe Prozess, der bei anderen Herstellern von Laborausrüstung stattfand, einschließlich der Genome‑Sequenziergeräte von PacBio (PACB) und Illumina (ILMN), die letztlich 80 % ihrer Einnahmen aus wiederkehrenden Verkäufen von Verbrauchsmaterialien erzielen.