Petros erklärte uns in der letzten Fortbildung (Dez25/Wien), dass kathodale tDCS durch Aktivierung eines astrozytären Ca²⁺-Anstiegs einen lokalen regenerativen Hotspot erzeugt, der dann neuronale Stammzellen (NSCs) rekrutiert.
Ich vertraue ihm natürlich, muss aber die Studien sehen, um den Mechanismus zu verstehen und ihn sinnvoll zur Behandlung komplexer Fälle einsetzen zu können.
In der Grundlagenforschung sind bisher zwei Mechanismen klar dokumentiert und nachgewiesen – sie wurden jedoch noch nicht formal miteinander verknüpft. Dies ist zwar für wissenschaftliche Strenge notwendig, aber nicht für unsere klinische Praxis.
Für die klinische Praxis ist Folgendes korrekt: Stammzellen wandern zur Kathode.
Für die klinische Praxis sehe ich jedoch keinen Nutzen darin, zu wissen, dass dies durch Kalzium ausgelöst wird, es sei denn, es würde bedeuten, dass eine Beeinflussung des Kalziumstoffwechsels diesen Mechanismus modifizieren oder verstärken könnte. Dies konnte ich in den bisherigen Studien nicht beobachten.
Folgendes habe ich herausgefunden und kann es bisher durch wissenschaftliche Studien bestätigen.
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tDCS aktiviert Astrozyten und erzeugt Kalziumspitzen.
Hochwertige Bildgebungsstudien (Monai 2016, Hirase-Gruppe) zeigen, dass tDCS starke astrozytäre Ca²⁺-Wellen induziert. Diese Signale steuern die Langzeitplastizität und können stundenlang anhalten. Dieser Mechanismus ist gut erforscht, die Polaritätsabhängigkeit jedoch noch nicht vollständig geklärt.
Kathodische elektrische Felder ziehen neuronale Stammzellen an
Zahlreiche Studien – von Babona-Pilipos bis hin zu aktuellen In-vivo-Schlaganfallmodellen – zeigen einen ausgeprägten kathodischen „Galvanotaxis“-Effekt. Neuronale Stammzellen und Neuroblasten wandern zur Kathode, proliferieren vermehrt und unterstützen die Gewebereparatur. Dieser Effekt ist polaritätsspezifisch.
Was noch nicht bewiesen ist
Bisher konnte keine Studie nachweisen, dass kathodische tDCS eine lokale Aktivierung von astrozytärem Ca²⁺ bewirkt, die dann die Rekrutierung von Stammzellen antreibt.
Dies sind zwei validierte Phänomene, die wahrscheinlich interagieren – dieser Zusammenhang bedarf jedoch weiterer Forschung.
Zusammenfassend
tDCS – sowohl anodisch als auch kathodisch – aktiviert die Ca²⁺-Signalübertragung in Astrozyten (Plastizität), und die kathodische Stimulation lockt neuronale Stammzellen an (Regeneration). Beides sind real.
Ihre Kombination zu einem einzigen Regenerationsmechanismus ist eine wissenschaftlich attraktive Hypothese, die indirekt gestützt, aber noch nicht direkt bewiesen wurde.
Die beiden Mechanismen sind real, aber unabhängig voneinander.
Bisher hat keine Studie sie zu einer linearen Kette verknüpft.
Warum ist dieser „Calcium-Anstieg“ eigentlich wichtig?
1. Mechanismus astrozytärer Ca²⁺-Anstiege während tDCS
tDCS löst synchronisierte, lang anhaltende (≥10 s) Ca²⁺-Anstiege in kortikalen Astrozyten aus. Diese Anstiege entstehen über α1-adrenerge Rezeptoren und IP₃-Signalisierung, wobei IP₃R2-Rezeptoren für die Ca²⁺-Freisetzung aus intrazellulären Speichern essenziell sind. Die Anstiege beeinflussen die Zellkörper und Fortsätze der Astrozyten und bleiben in neuronalen Ca²⁺-Signalen sowie lokalen Feldpotenzialen unauffällig. Noradrenerge Modulation initiiert diesen Prozess, wie die Blockade durch Prazosin oder DSP-4 zeigt.
2. Bedeutung für die synaptische Plastizität
Die astrozytären Ca²⁺-Anstiege sind eine Voraussetzung für die tDCS-induzierte Plastizität, da sie metaplastische Veränderungen im Kortex ermöglichen. Nach der transkraniellen Gleichstromstimulation (tDCS) nehmen sensorisch evozierte Potenziale (z. B. visuell evozierte Potenziale und durch Vibrissenreize ausgelöste LFP-Antworten) zu. Dieser Effekt tritt weder bei IP₃R2-Knockout-Mäusen noch bei noradrenerger Blockade auf. Somit moduliert tDCS die kortikale Erregbarkeit und synaptische Stärke über die Ca²⁺/IP₃-Signalübertragung in Gliazellen und verbessert dadurch die sensorische Verarbeitung und Plastizität.
Monai H (2016) Nature Communications (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27000523/)
Hier ist das Video aus der Studie, das den durch tDCS ausgelösten Kalziumanstieg zeigt. Dieser Anstieg ist bei Knockout-Mäusen nicht vorhanden, was beweist, dass der Mechanismus noradrenerg ist und über den IP3R2-Rezeptor ausgelöst wird.
Referenzen
1. Astrozytische Ca²⁺-Mechanismen
Monai H (2016) Nature Communications (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27000523/)
Monai H, Hirase H (2016) Brain-India (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27830161/)
2. Glia-Aktivierung durch tDCS (indirekte Unterstützung)
Rueger MA (2012) PLoS ONE (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC3425495/pdf/pone.0043776.pdf)
Pikhovych A (2016) Neural Plasticity (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC4925996/pdf/SCI2016-2715196.pdf)
3. Stammzellmigration
(echte, starke Evidenz)
Babona-Pilipos R (2012) Journal of Visualized Experiments (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/23093363/)
Babona-Pilipos R (2015) Stem Cell Research & Therapie (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25888848/)
Babona-Pilipos R (2018) Experimental Cell Research
(https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29729231/) Dies ist nach wie vor die beste Studie, die den Zusammenhang zwischen Kalzium und Stammzellmigration bestätigt, indem sie zeigt, dass die durch tDCS ausgelöste Kalziumfreisetzung Aktinfilme bildet, die von den Stammzellen zur Migration genutzt werden. Kathode
Kathode Lei Y (2023) Neural Regeneration Research
(https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37415929/) Migration von neuralen Stammzellen in einem ischämischen Hirnmodell durch Gleichstromstimulation
Zhang LC (2020) BMC Neuroscience (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32397959/) Kathodische transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) übt eine neuroprotektive Wirkung im Rattenhirn nach akuter Ischämie aus Schlaganfall
Was ist eine klinisch relevante Erkenntnis?
Für unsere Neuromodulationspraxis:
• Die Aktivierung von Ca²⁺ durch Astrozyten ist ein zentraler Mechanismus der durch tDCS induzierten Plastizität.
• Die kathodische Galvanotaxis von neuralen Stammzellen ist real und könnte einige der langfristigen Verbesserungen der Gewebequalität erklären, die wir klinisch beobachten – insbesondere bei neurodegenerativen Erkrankungen und nach einem Schlaganfall.
• Diese Mechanismen könnten konvergieren, dies ist jedoch eine Extrapolation und nicht bewiesen.
Die beste wissenschaftliche Zusammenfassung lautet also:
„tDCS induziert die Ca²⁺-Plastizität von Astrozyten; kathodische DCS zieht neurale Stammzellen an und fördert deren Proliferation. Beide Mechanismen sind bestätigt, die Kausalkette ‚Kathode → astrozytäres Ca²⁺ → Regeneration‘ konnte jedoch noch nicht experimentell nachgewiesen werden.“
Als Nächstes werde ich versuchen, die bahnbrechende Arbeit von Prof. Alberto Priori zur tDCS zu besprechen – dem Erfinder von DBS und tDCS sowie Mitbegründer von Newronika. Hier nur der Name, damit Sie ihn sich merken oder später wiederfinden können.
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