Regeneration von Nervenfasern bei Rückenmarksverletzungen

Schweizer und amerikanische Wissenschaftler haben in Tierversuchen eine dreistufige Methode zur Regeneration elektrophysiologisch aktiver Nervenfasern bei kompletter Rückenmarksläsionen von Nagern entwickelt. Um diese neuen Nervenfasern motorisch nutzbar zu machen, sind jedoch weitere Rehabilitationsmaßnahmen erforderlich.

Während bei erwachsenen Säugetieren die Regeneration von Nervenzellen im peripheren Nervensystem möglich ist, können sich verletzte Nervenfasern im zentralen Nervensystem nicht regenerieren. Folglich erreichen die elektrischen Signale des Gehirns zur Steuerung von Körperbewegungen die Muskeln nicht mehr, was zu einer vollständigen und dauerhaften Lähmung führt.

Aber was wäre, wenn es möglich wäre, die Lücke im abgetrennten Rückenmark zu schließen? Was wäre, wenn es möglich wäre, abgetrennte Nervenfasern über eine Rückenmarksverletzung hinweg zu regenerieren?

Wissenschaftler unter der Leitung der EPFL (Ecole polytechnique fédérale de Lausanne) in der Schweiz und der UCLA (University of California at Los Angeles) in den USA haben an Nagern die zugrunde liegenden biologischen Mechanismen erforscht, die für die Regeneration abgetrennter Nervenfasern über komplette Rückenmarksverletzungen hinweg erforderlich sind.

Ihre Methode besteht aus drei Komponenten, die das Wachstum der Nervenfasern ermöglichen sollen. Fehlt eine dieser Komponenten, gelingt es nicht, neue Axone im Rückenmark zu regenerieren. Die neue Behandlung soll die Bedingungen für das Wachstum von Nervenfasern im Entwicklungsstadium reproduzieren, und zu einer zuverlässigen Regeneration von durchtrennter Nervenfasern durch und über eine vollständige Verletzung des Rückenmarksverletzung hinaus führen.

Reproduktion von Wachstumsbedingungen

„Unser Ziel war es, bei Erwachsenen, die Bedingungen zu reproduzieren, die das Wachstum von Nervenfasern während der Entwicklung fördern“, erklärt Senior-Autor Grégoire Courtine von der EPFL. „Es gelang uns die Kombinationen biologischer Mechanismen zu identifizieren, die notwendig sind, um ein neues Wachstum der abgetrennten Nervenfasern über komplette Rückenmarksverletzungen bei erwachsenen Säugetieren zu ermöglichen.“

Zum Vergleich: Wenn Nervenfasern Bäume wären, könnten die Endigungen der Axone als die Zweige des Baumes betrachtet werden. Wenn die Hauptäste des Baumes geschnitten werden, können kleine Äste spontan entlang des restlichen Stammes des Baumes sprießen. Aber die geschnittenen Zweige wachsen nicht nach.

Das Gleiche gilt für Neuronen bei Erwachsenen: Neue Zweige von abgetrennten Axonen können sprießen und Verbindungen über eine Verletzung hinweg herstellen, aber der abgetrennte Teil des Axons wächst nicht nach. Die von den Wissenschaftlern entdeckte dreiteilige Methode ändert das und ermöglicht es, ganze Axone zu regenerieren.

„Wir haben ganze Wälder von Axonen wieder aufgeforstet“, sagt Courtine.

Wachstumsfaktoren, Proteinen oder Hormonen

Um die Raumzeitbedingungen eines sich entwickelnden Nervensystems nachzubilden, versorgen die Wissenschaftler die Versuchstiere mit einer Sequenz von Wachstumsfaktoren, Proteinen oder Hormonen, die drei wesentlichen Komponenten der Methode liefern:

• Das genetische Programm für das Wachstum von Axonen zu reaktivieren
• Eine förderliche Umgebung für das Wachstum der Axone zu schaffen und
• Einen chemischen Pfad, der markiert, auf welchem Weg die Axone zum Nachwachsen ermutigt werden.

Innerhalb von vier Wochen wachsen die Axone um mehrere Millimeter nach.

Die neuen Axone sind in der Lage, Elektrizität – und damit neuronale Signale – über die Läsion zu übertragen, aber diese wiedergewonnene Verbindung reicht nicht aus, um die Gehfähigkeit der Versuchstiere wiederherzustellen. Die Nagetiere blieben, wie von den Wissenschaftlern erwartet, gelähmt, da neue Schaltkreise ohne die Unterstützung von Rehabilitationsstrategien i. d. R. nicht funktionieren.

„Wir haben die mechanistischen Anforderungen an die Axonregeneration im Rückenmark analysiert, aber sie übersetzt sich nicht in Funktion“, erklärt Hauptautor Mark Anderson von der EPFL und der UCLA. „Nun müssen wir herausfinden, was nötig ist, damit die Axone die entsprechenden Verbindungen zu den Bewegungsabläufen unterhalb der Verletzung herstellen können. Dies beinhaltet eine Behandlung mit Elektrostimulation, um die neuen Axone zu integrieren, abzustimmen und zu funktionalisieren, damit die Nagetiere wieder laufen können.“

Weiteres Vorgehen

Über Anwendungen beim Menschen zu spekulieren, sei noch verfrüht, da z. B. eine erste verwendete Komponente der Methode, die das Wachstum von Neuronen stimuliert, zwei Wochen vor Eintritt der Verletzung zugeführt werden muss. Für eine klinische Umsetzbarkeit muss das Team aus Lausanne und Los Angeles weitere intensive  Forschung betreiben. Im August 2022 gibt es noch keine weiteren Erkenntnisse.

Die Ergebnisse der Studie wurden im August 2018 im Fachmagazin Nature publiziert: Required growth facilitators propel axon regeneration across complete spinal cord injury.

Der-Querschnitt.de betreibt keine Forschung und entwickelt keine Produkte/Prototypen. Wer an der beschriebenen Methode oder den vorgestellten Prototypen Interesse hat, wendet sich bitte an die im Text genannten Einrichtungen.