Forschung: Implantat aus Silikon und Zellen soll Querschnitt überbrücken helfen

Bahnbrechende Forschung an einer US-Universität: Im 3D-Drucker entstand eine Kombination aus Silikonträger und lebenden Stammzellen. Die Forscher hoffen, damit Rückenmarksverletzungen überbrücken zu können.

Um diesen Forschungserfolg zu erzielen, haben sich Wissenschaftler aus dem Bereich der Medizin und des Maschinenbaus der Universität von Minnesoata zusammengetan.

Die Forscher starten mit einer beliebigen Art von Zelle, beispielsweise einer Hautzelle oder Blutzelle. Mit neuen biotechnologischen Techniken können die Mediziner diese Zellen, die von Erwachsenen stammen, in neuronale Stammzellen umprogrammieren.

Ein Silikonträger aus dem 3D-Drucker dient als Plattform für diese spezialisierten Zellen: mithilfe einer einzigartigen 3D-Drucktechnologie drucken Ingenieure zunächst die Silikonführung und anschließend im selben Drucker die Zellen. Die Silikonführung hält die Zellen am Leben und erlaubt ihnen, sich in Neuronen zu verwandeln.

„Dies ist das erste Mal, dass jemand neuronale Stammzellen, die von adulten menschlichen Zellen abgeleitet wurden, auf einem 3D-gedruckten Träger direkt im 3D-Druck drucken kann und die Zellen sich im Labor zu aktiven Nervenzellen differenzieren lassen“, wird Michael McAlpine, Professor für Maschinenbau (Benjamin Mayhugh Associate Professor of Mechanical Engineering) und einer der Co-Autoren der Studie, auf der Homepage der Universität zitiert. „Ein sehr spannender erster Schritt auf dem Weg zu einer Behandlung von Rückenmarksverletzungen“, ergänzt auf Seiten der Medizin seine Co-Autorin Ann Parr, Junior-Professorin für Neurochirurgie (Assistant Professor, Department of Neurosurgery):“Gegenwärtig gibt es keine guten, präzisen Behandlungen für Patienten mit langfristigen Rückenmarksverletzungen.“

Implantat als Brücke

Das Team entwickelte eine Prototyp-Führung, die chirurgisch in den beschädigten Teil des Rückenmarks implantiert werden könnte, wo sie als „Brücke“ zwischen lebenden Nervenzellen oberhalb und unterhalb des Verletzungsbereichs dienen würde. Die Hoffnung der Forscher: Die Silikon-Zellen-Kombination könnte helfen, Schmerzen zu lindern und einige Funktionen wie die Kontrolle von Muskeln, Darm und Blase wiederherzustellen.

„Es gibt die Vorstellung, dass Menschen mit Rückenmarksverletzungen nur dann glücklich sind, wenn sie wieder laufen können. In Wirklichkeit wollen die meisten einfache Dinge: Die Kontrolle der Blase. Oder unkontrollierbare Bewegungen ihrer Beine stoppen können. Diese einfachen Verbesserungen in der Funktion könnten ihr Leben erheblich verbessern“, sagt Parr in der Universitätsveröffentlichung.

„Zarte Zellen im Drucker“

„Alles kam zur richtigen Zeit zusammen“, sagt Parr. „Wir waren in der Lage, die neuesten Techniken der Zellbiotechnologie zu nutzen, und kombinierten diese mit modernsten 3D-Drucktechniken.“

Doch selbst mit der neuesten Technologie war die Entwicklung der Prototypenführer nicht einfach: Derart zarte Zellen in einem 3D-Drucker zu verarbeiten, sei schwierig, sagt McAlpine. Der schwierigste Teil bestünde darin, die „Zellen glücklich und lebendig“ zu halten. „Wir haben mehrere verschiedene Rezepte im Druckprozess getestet. Die Tatsache, dass wir etwa 75 Prozent der Zellen während des 3D-Druckprozesses am Leben erhalten und sie dann in gesunde Neuronen verwandeln konnten, ist ziemlich erstaunlich.“

Wenn die nächsten Schritte ebenfalls erfolgreich sind, könnte der Output dieser Forschungsarbeiten lebensverändernd sein für diejenigen, die an Rückenmarksverletzungen leiden.

Zum Forschungsteam um McAlpine und Parr gehören Studenten, Mitarbeiter und Wissenschaftler aus dem Bereichen Maschinenbau, Neurochirurgie, Stammzellenforschung, Genetik, sowie Zellbiologie und Entwicklung.

Die Forschung wurde in erster Linie von „Conquer Paralysis Now“, einem globalen Projekt der Sam Schmidt Foundation, finanziert sowie vom „Minnesota Spinal Cord Injury and Traumatic Brain Injury Research Grant Program“. Finanziell beteiligt waren zudem die National Institutes of Health, Institute der Universität Minnesota – und ein anonymer Geldgeber.

Die vollständige Studie ist – in englischer Sprache – in dem Wissenschaftsjournal „Advanced Functional Materials“ abrufbar.

 

 

 

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