“Mechano-sensitive” Ionenkanäle

Mechanosensitive Ionenkanäle sind Kanäle in der Zellmembran, die sich öffnen oder schließen, wenn eine mechanische Kraft auf die Zelle einwirkt.

Durch Druck, Dehnung, Vibration oder Scherkräfte werden sie aktiviert.

Funktion – wofür sind sie da?

Mechanosensitive Ionenkanäle übersetzen mechanische Reize in elektrische oder biochemische Signale – sie sind also gewissermaßen „Sensoren für Berührung und Druck“ im Körper. Sie spielen eine zentrale Rolle bei:

• Berührung und Schmerzempfindung
• Hörwahrnehmung (z. B. Haarzellen im Ohr)
• Blutdruckregulation (durch Dehnung der Gefäßwände)
• Knochenumbau und Muskelspannung
• Steuerung des Zellwachstums und der Heilung
• Stimulation von Stammzellen und Neuroplastizität (besonders interessant bei TPS oder Stoßwelle)

Wo kommen Mechano-Rezeptoren vor?

Sie sind in sehr vielen Geweben vorhanden, z. B.:

• Nervenzellen (Sensorik, Schmerz, Gleichgewicht)
• Hautzellen
• Muskelzellen (Herz, Skelettmuskel, glatte Muskulatur)
• Gefäßzellen (Endothel, glatte Muskelzellen)
• Stammzellen
• Hörorgan (Innenohr)

Wie kann man sie aktivieren?

Mechanosensitive Ionenkanäle werden nicht durch chemische Botenstoffe, sondern durch physikalische Reize geöffnet. Mögliche Stimuli:

• Ultraschall (z. B. TPS – Transkranielle Pulsstimulation)
• Stoßwellen, Pulswellen
• Vibration
• Zug oder Dehnung (z. B. bei Bewegung, Atmung, Massage)
• durch Flüssigkeiten (z. B. bei Pulsieren oder Scherkräften)

Stammzellaktivierung durch mechanosensitive Ionenkanäle

wenn ein Gewebe verletzt wird, soll es sich gleich regenerieren. Die Verletzung wird von den Mechano-Rezeptoren registriert und sie leiten sofort eine optimale Gewebs-Versorgung ein:

• Aktiverung von Stammzellen zur Gewebs-Erneuerung
• Aktivierung der Blutgefäss-Neubildung um das Gewebe besser zu versorgen
• Freisetzung von Wachstumsfaktoren, sodass Stammzellen und andere Zellen an die verletzte Stelle finden:
  • VEGF, BDNF, IGF und andere Wachstumsfaktoren werden ausgeschüttet

nächster wichtiger Begriff

Stammzellen

Stammzellen sind Reserve-Zellen mit dem Potenzial, sich in verschiedene Gewebe zu entwickeln. Damit sie „aktiv“ werden – also sich teilen, differenzieren und Gewebe reparieren – brauchen sie bestimmte Signale.

Eine “pluripotente” (= embryonale) Stammzelle kann sich in jeden Zelltypus umwandeln, im Gewebe liegen aber schon teil-differenzierte “multipotente” Stammzellen, die sich nicht mehr in JEDEN Zelltyp umwandeln können, aber die trotzdem das Gewebe reparieren können.

zB im Gehirn: Neurale Stammzellen (NSC)

diese können zu allen typischen Gehirnzellen umgewandelt werden: Neuronen, Astrozyten, Oligodendrozyten. 

Um diese im Gewebe ruhenden Stammzellen zu aktivieren (um Reparatur einzuleiten) benötigen diese bestimmte Aktivierungs-Faktoren,

• zB den BDGF (=Nervenzell-Wachstumsfaktor) oder
• VEGF (Blutgefäss-Wachstumsfaktor).

Diese wiederrum werden aus dem zu reparierendem Gewebe durch die Aktivierung von Mechanosensitiven Rezeptoren freigesetzt.

Selbsterneuerung der Stammzellen

wichtig noch: Stammzellen können sich selber erneuern und haben 20 – 40 Zellteilungen mitbekommen bevor sie seneszent werden (alt und unfähig) – das ist relevant, siehe weiter unten. Wenn die Stammzellen selber “gealtert sind”, gibt es keine Gewebserneuerung mehr.

TPS® – wissenschaftlich fundierte Wirkmechanismen

ich schreibe das in der Reihenfolge die mich am meisten beeindruckt

Stammzell‑Aktivierung

TPS® (Transkranielle Pulsstimulation) wirkt über fokussierte mechanische Ultraschallimpulse, die tief im Gehirn mechanosensitive Ionenkanäle aktivieren.

Diese Stimulation kann nachgewiesen zur Aktivierung endogener neuronaler Stammzellen (eNSC) führen.

In einer Studie von Seo et al. (2023) zeigten Ratten nach LIFUS-Stimulation im Hippocampus eine signifikante Zunahme von Sox-2 und Nestin, beides Marker neuraler Stammzellen. Diese Aktivierung wurde via Western Blot und [¹⁸F]FLT‑PET nachgewiesen und zeigte einen Peak nach 7 Tagen PMID: 36982785. ([PDF] Transcranial pulse stimulation in Alzheimer’s disease)

Eine weitere Studie von Götz et al. (2021) konnte zeigen, dass bereits einfache Ultraschall-Stimulation (SUS-only, ohne Kontrastmittel) bei älteren Mäusen die Neurogenese im Hippocampus anregte und die Gedächtnisleistung verbesserte [Nature Molecular Psychiatry, Link].

Stammzell‑Selbst‑Erneuerung verdoppelt

Neben der Aktivierung fördern die mechanischen Impulse von TPS auch die Selbst-Erneuerung neuraler und mesenchymaler Stammzellen. Wang et al. (2022) zeigten in vitro, dass LIPUS die Expression von Cyclin-D1 und die Aktivierung von PI3K/Akt– sowie MAPK/ERK-Signalwegen verstärkt, was zu gesteigerter Proliferation und Selbst‑Erneuerung führt.

Dr. Wolfgang Schaden zeigt in seinen Vorträgen über die Wirkungsweise der Stosswellentherapie auch Bohnen die aufgrund dieses Wirkmechanismus doppelt so gross gewachsen sind!

Blutgefäß-Wachstum – Kapillarverdichtung um 50 %

Ein zentraler Wirkmechanismus von TPS® ist die NEO-Angiogenese über VEGF-Freisetzung (Vascular Endothelial Growth Factor).

Die mechanische Aktivierung führt zur Ausschüttung dieses Wachstumsfaktors, der Migration und Proliferation von Endothelzellen stimuliert. Young & Dyson (1990) zeigten in einem Rattenmodell, dass nach Ultraschallbehandlung eine Kapillarverdichtung um bis zu 50 % in regenerierenden Geweben auftrat [Ultrasound Med Biol, Link].

Diese gesteigerte Mikrozirkulation ist ein Schlüssel zur Verbesserung der zerebralen Perfusion, wie auch in fMRI-Daten bei TPS-Patienten mit Alzheimer beobachtet wurde.

([PDF] Transcranial pulse stimulation in Alzheimer’s disease, Transcranial pulse stimulation in Alzheimer’s disease – PMC)

Anti‑Neuroinflammation

TPS® reduziert nachweislich neuroinflammatorische Prozesse.

In Tiermodellen mit ischämischem Schlaganfall konnte gezeigt werden, dass NLRP3-Inflammasom-Aktivierung durch LIPUS (Low-Intensity Pulsed Ultrasound) signifikant unterdrückt wird. Gleichzeitig sank die Mikroglia-Aktivität. Zhang et al. (2024) publizierten dazu eindrucksvolle Daten im Brain Research, Link.   pmc.ncbi.nlm.nih.gov.

Diese entzündungshemmende Wirkung dürfte auch bei neurodegenerativen und autoimmunologischen Erkrankungen (z. B. MS) eine Rolle spielen.

Zytokin-Modulation

TPS beeinflusst das Zytokin-Milieu im Gehirn. In verschiedenen Modellen wurden signifikante Reduktionen von TNF-α, IL‑1β und IL‑6 beobachtet,

während IL‑10 – ein antiinflammatorisches Zytokin – anstieg.

Diese Modulation basiert auf Inhibition des NF‑κB-Signalwegs und der Transformation von Mikroglia in einen M2-Phänotyp, was zur Reparation statt Zerstörung beiträgt (siehe Frontiers in Endocrinology, 2023).

Antigliotische Wirkung (hypothetisch)

Die Hemmung proinflammatorischer Mikroglia‑Aktivierung und die Förderung eines antiinflammatorischen Milieus lassen eine mögliche antizytotische bzw. antigliotische Wirksamkeit erwarten. Durch die Verhinderung einer pathologischen Mikroglia-Fibrose könnten solche Mechanismen zur Stabilisierung neuronaler Netzwerke beitragen.

noch mehr Studien – Tier/Zellkultur

so ein Artikel schreibt sich nicht über nacht, sondern man recherchiert wieder und wieder, die nachfolgenden Studien stammen aus einer anderen Recherche-Session bei der ich auch Tier-Modelle und Zellkultur-Experimente gesucht habe

Referenzen zu den Aussagen, mit Fokus auf Stammzell-Aktivierung, Selbst-Erneuerung und Kapillarwachstum durch VEGF – insbesondere bei Anwendung von Low-Intensity Focused Ultrasound (LIFUS), wie es TPS® entspricht:

Stammzell‑Aktivierung – Belege aus Tierexperimenten

• Seo et al. 2023 (Int J Mol Sci): Bei isoliertem Low‑Intensity Focused Ultrasound (LIFUS) mit BBB‑Öffnung in Ratten zeigte sich eine signifikante Aktivierung endogener neuraler Stammzellen (eNSC). Nach einer Woche stiegen Sox‑2 und Nestin im Hippocampus signifikant, bestätigt durch Western Blot und [¹⁸F]FLT‑PET-Imaging. Die Expression normalisierte sich über vier Wochen hinweg wieder. Damit wurde klare Neurogenese induziert (ncbi.nlm.nih.gov).
• Review (Krsek et al. 2024, Medicina Kaunas): Fasst umfassend zusammen, dass LIFUS eingesetzt werden kann, um Neurogenese durch Aktivierung von neuralen Stammzellen zu fördern, mit beobachteten Verbesserungen bei Verhaltens-Parametern und kognitiver Performance in Tiermodellen (ncbi.nlm.nih.gov).
• Götz et al. 2021 (Molecular Psychiatry): Auch ohne BBB-Öffner (nur SUS‑only) führten therapeutische Ultraschallanwendungen bei älteren Mäusen zu signifikanter Zunahme neuer Neuronen im Hippocampus und verbesserten räumlichen Lernleistungen durch gesteigerte Neurogenese und Synaptogenese (com).

Stammzell‑Selbst‑Erneuerung – Hinweise aus Zellmodellen

• LIPUS an mesenchymalen Stammzellen (MSCs): Studien zeigen erhöhte Proliferation und Selbst‑Erneuerung via PI3K/Akt‑ und MAPK/ERK‑Aktivierung, expressorische Veränderung von Cyclin-D1 und Autophagie‑Regulation. Dies lässt sich auf neurale Stammzellen übertragen und legt ein Szenario von 15 statt 6–7 Zellzyklen nahe .
• Zusätzlich: Reviews zur NSC-Aktivierung heben hervor, dass Mobilität und Differenzierung neuraler Stammzellen durch elektrische oder mechanische Stimuli gesteigert werden, was auf übertragbare Effekte durch Ultraschall hindeutet (org).

Blutgefässwachstum – VEGF‑vermittelt und Kapillardichte um 40–60 %

• Young & Dyson 1990 (Ratten‑Modell): Low‑Intensity Ultraschall bei Hautverletzungen führte zu erhöhter Kapillardichte um ca. 40–50 % in der Heilungsregion (com).
• Zusammenfassung zu VEGF‑Wachstum: In vitro induziert VEGF starkes Wachstum von Endothelzellen und Kapillar‑ähnliche Netzwerke; VEGF wird als Hauptmediator der Angiogenese angesehen (wikipedia.org).
• Soterix-Review: Therapeutischer Ultraschall erhöht endothelialen VEGF‑Uptake bis zu 10‑fach, was wiederum die Angiogenese stützt (com).
• Anwendungen in Kardiologie: VEGF‑B Genüberexpression führte zu etwa 1,2–1,3-facher Kapillarfläche im Herzmuskel bei Mäusen, analog zu Kapillardichteerhöhung durch mechanische Reize .