Wissenschaftler:innen entdecken neue Methode zum Einfrieren und Wiederbeleben von lebendem Hirngewebe

Nach einigen Berichten kann der sibirische Salamander in einer Winterruhe bei Temperaturen nahe -50 Grad Celsius verbleiben und Jahrzehnte lang im Permafrost gefangen sein. Sobald sich die Bedingungen erwärmen, setzt er einfach seine normale Aktivität fort.

Forscher zufolge liegt das Geheimnis in dem außergewöhnlichen natürlichen „Antifreeze"-System des Tieres. Die Leber des Salamanders produziert Glycerin, einen Alkohol, der den Gefrierpunkt innerhalb des Körpers senkt und dabei hilft, Zellen und Gewebe während des Einfrierens und Auftauens zu schützen.

Ohne diesen Schutz ist extreme Kälte für Lebewesen in der Regel verheerend, da sich Eiskristalle im Gewebe bilden. „Die Bildung, warum extreme Kälte für Lebewesen so schädlich ist", erklärt Dr.

Was die Studie zeigt

Alexander German für Molekulare Neurologie am Universitätsklinikum Erlangen. „Dies liegt daran, dass die Kristalle Zellen mechanisch schädigen und damit die sensible Nanostruktur des Gewebes zerstören." Gewebe flüssigkeit erstarrt in glasartigen Zustand Menschliche Embryonen können ebenfalls durch extrem tiefes Einfrieren über viele Jahre gelagert werden.

Damit dies funktioniert, werden die Zellen mit Chemikalien behandelt, die – ähnlich wie Glycerin – die Bildung. „Das Gewebe erstarrt auch, wenn es auf unter minus 130 Grad abgekühlt wird", sagt German. „Das Wasser innerhalb und zwischen den Zellen geht jedoch in einen glasartigen Zustand über." Glas ist zwar wie Eis fest, seine Moleküle sind jedoch ungeordnet angeordnet, im Gegensatz zur geordneten Struktur als Vitrifizierung bezeichnet.

Bisher konnten Forscher jedoch Nerven gewebe oder sogar ganze Gehirnregionen nicht so einfrieren, dass sie nach dem Auftauen wieder funktionieren. Ein Haupthindernis besteht darin, dass die im Prozess verwendeten Gefrierschutzmittel für empfindliche Zellen toxisch sein können.

Was die Studie zeigt

Hirngewebe ist besonders anfällig, da es Hunderte ält, die durch unzählige winzige Kontaktstellen, die Synapsen, miteinander verbunden sind. Neuronen kommunizieren über diese Verbindungen. Durch optimierte Konservierungsmittel und den Einfrierprozess wurde dieses komplexe Netzwerk in früheren Vitrifizierungsmethoden gestört und die Synapsen beschädigt.

Selbst wenn die Zellen selbst überlebten, konnte die konservierte Struktur nicht mehr richtig funktionieren. „Wir haben jedoch die Zusammensetzung der Konservierungsmittel und den Kühlprozess optimiert, sodass das Nervengewebe intakt bleibt", betont German. Das Team testete die Methode an Gehirnschnitten.

Mit ihrem Ansatz kühlten die Forscher den Hippocampus, einen Bereich des Gehirns, der für die Speicherung ändig ist, auf -130 Grad Celsius ab. „Wir konnten mithilfe, dass die Nanostruktur des Gewebes durch den Einfrierprozess nicht verändert wurde", sagt German. „Nach dem Auftauen bildeten sich elektrische Signale im Hippocampus wieder spontan aus und breiteten sich normal durch die neuronalen Netzwerke aus." Die Nervenzellen taten mehr als nur die Signalübertragung wieder aufzunehmen.

Was die Studie zeigt

Dr. Fang Zheng, ein Hirnforscher am Institut für Physiologie und Pathophysiologie (Leitung: Prof. Dr. Christian Alzheimer) an der FAU, zeigte, dass auch die Langzeitpotenzierung an den Synapsen der Nervenzellen ausgelöst werden konnte.

Dies ist ein zentraler zellulärer Prozess, bei dem häufig genutzte Synapsen stärker werden und dadurch Informationen effektiver übertragen können. „Dieser Mechanismus ist für Lernprozesse und die Speicherung neuen Gedächtnisinhalts", sagt German. Kann die Behandlung unheilbarer Krankheiten in die Zukunft verlegt werden?

Die in der Studie entwickelte Methode scheint es zu ermöglichen, Hirngewebe über lange Zeiträume in einem funktionsfähigen Zustand zu erhalten und später zu untersuchen, ob es noch funktioniert. Beispielsweise entfernen Chirurgen bei einigen Epilepsiepatienten während einer Operation Nervenzellen.

Solche Proben könnten über Jahre gelagert

Solche Proben könnten über Jahre gelagert und später zur Medikamentenprüfung verwendet werden. Die Kryokonservierung könnte zudem die Forschung zu neurodegenerativen Erkrankungen unterstützen.

Alexander German hofft auch, dass es eines Tages möglich sein könnte, ganze Organismen in eine Form künstlicher Winterschlaf zu versetzen und sie nach einer langen Periode wieder zu beleben. „Dies könnte beispielsweise eine Option für die Raumfahrt sein oder für Menschen, die an einer derzeit unheilbaren Krankheit leiden", sagt er. „Denn zu einem späteren Zeitpunkt könnte eine Behandlungsoption verfügbar sein, die dem betroffenen Menschen helfen kann." Quelle: „Funktionelle Erholung des adulten murinen Hippocampus nach Kryokonservierung durch Vitrifikation", Enes Yağız Akdaş, Cassandra Flugel-Koch, Ezgi Erterek, Renato Frischknecht, Anna Fejtova, Jurgen Winkler, Christian Alzheimer und Fang Zheng, 3.

März 2026, Proceedings of the National Academy of Sciences.

DOI: 10.1073/pnas.2516848123 Diese Arbeit wurde unterstützt durch die Deutsche Gesellschaft für Kryobanken (A.G. und J.W.); DFG-Förderprogramme SFB 1483 und FOR 5534 (A.G.); sowie das Projekt J111 des Interdisziplinären Zentrums für klinische Forschung Erlangen (A.G.), E37 (A.F.) und das ELAN-Projekt P166 (E.Y.A.).