Polymerisiertes Östrogen gegen Sekundärschäden bei Rückenmarksverletzung

US-amerikanische Forscher haben ein vielversprechendes neues Biomaterial entwickelt, das bei traumatischer Querschnittlähmung eine gezielte Behandlung des geschädigten Rückenmarks und Gewebes ermöglichen und Sekundärschäden verhindern könnte.

Hervorgerufen werden Sekundärschäden bei Rückenmarksverletzungen durch Reaktionen der Gewebezellen und des Immunsystems; sie treten zusätzlich zu dem eigentlichen spinalen Trauma auf und führen zu einer Vergrößerung des Verletzungsausmaßes. Eine im Oktober 2019 veröffentlichte Arbeit zeigt, dass Östrogen – ein im Körper produziertes natürliches Hormon – zu einem langsam freisetzenden Biomaterial polymerisiert wird und bei Anwendung im Rückenmark die Nervenzellen schützt und sogar ihre Regeneration fördern kann.

„Östrogen ist für seine neuroprotektiven Eigenschaften bekannt“, sagt Ryan Gilbert, Professor für Biomedizinische Technik an der Universität Rensselaer und Mitglied des Center for Biotechnology and Interdisciplinary Studies (CBIS). „Nach einer Rückenmarksverletzung  gibt es im Gewebe freie Radikale, die dazu führen können, dass das Ausmaß der Schäden zunimmt. Wir versuchen mit unserer Methode diese Sekundärschäden zu verhindern.“

Gilbert arbeitete mit Edmund Palermo, einem Assistenzprofessor für Materialwissenschaften und Ingenieurwesen an der Universität Rensselaer, zusammen, um ein Polymer zu entwickeln, das – wenn es direkt auf das Rückenmark transplantiert wird – das verletzte Gewebe anvisieren und Östrogen gezielt über einen Zeitraum von Jahren freisetzen würde.

Dieser Ansatz ist präziser als herkömmliche Medikamente, die oft das gesamte System betreffen und Nebenwirkungen in anderen Organen hervorrufen können.

Östrogen: Neuroprotektiv und potentiell regenerationsfördernd

Herkömmliche Verfahren zur Herstellung von Arzneimitteln zu Polymeren, so genannte Polypro-Medikamente, waren für diese Anwendung nicht ideal, so dass Palermo und sein Team einen neuen Ansatz entwickelten. Mit einem lichtgesteuerten chemischen Verfahren synthetisierten sie das Östrogen zu langen Polymerketten, die elektrisch zu Fasern gesponnen werden konnten. So konnten sie aus dem Östrogen eine Art Implantat machen, was für die zielgenaue Anwendung an der Läsionsstelle notwendig war.

Um die neu synthetisierten Fasern zu testen, wandten Gilbert und sein Team Nervenzellen wie Neuronen und Astrozyten auf das polymerisierte Östrogen an. Diese zellulären Labortests ergaben, dass Östrogen nicht nur neuroprotektiv ist, sondern auch die Regeneration fördern könnte.

„Dies war das erste Mal, dass Polyöstrogen zu Fasern verarbeitet wurde, die die Fähigkeit zeigten, das Wachstum von neuronalen Zellen entlang der Faserrichtung zu verbessern – und das ohne den Einsatz von zusätzlichen Wachstumsfaktoren“, sagt Palermo.

Patent beantragt

Der neue Ansatz des Teams wird nun patentiert und ermöglicht es dem Team, ihre Erforschung noch weiter in Richtung präklinische Forschung zu treiben, wo sie untersuchen könnten, wie ihre polymerisierten Fasern in einem lebenden System funktionieren würden. Ihr Hauptziel ist es, das Leben von Menschen mit Rückenmarksverletzungen erheblich zu verbessern. Ihre Ergebnisse werden auch dazu beitragen, die Forschung auf dem Gebiet der Wirkstofffreisetzung voranzutreiben.

„Die Art der synthetischen Chemie, die wir entwickelt haben, ist generell für die verzögerte Freisetzung vieler anderer Drogen anwendbar“, sagt Palermo.

„Die Verabreichung von Medikamenten an der Verletzungsstelle im Rückenmark ist ein wirklich schwieriges Thema“, sagt Gilbert. „Ich denke, die nächste Phase der Medikamentenverabreichung wird eine sehr gezielte Behandlung sein, die direkt auf dem verletzten Rückenmark angewendet werden kann, so dass Nebenwirkungen stark reduziert werden.“

Wann und inwieweit polymerisiertes Östrogen bei der Akutversorgung von Menschen mit Querschnittlähmung eingesetzt werden wird, ist derzeit offen.

Die Studienergebnisse wurden im Oktober 2019 im Fachmagazin Nature Communications veröffentlicht. Für mehr Informationen (in englischer Sprache) siehe: Vastly extended drug release from poly(pro-17?-estradiol) materials facilitates in vitro neurotrophism and neuroprotection