„Tanzende Moleküle“: Bioaktive Nanofasern fördern die Nervenheilung nach Eintritt einer Querschnittlähmung

Forscher der Northwestern University haben eine neue injizierbare Therapie entwickelt, die „tanzende Moleküle“ nutzt, um die Folgen nach Eintritt einer Querschnittlähmung zu reduzieren und Rückenmarksgewebe zu reparieren.

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In einer Studie verabreichten die Forscher eine einzige Injektion in das Gewebe um das Rückenmark von querschnittgelähmten Mäusen. Vier Wochen später hatten die Tiere die Gehfähigkeit zurückerlangt.

Die Methode

Durch die Aussendung bioaktiver Signale, die die Zellen zur Reparatur und Regeneration anregen, verbesserte die neue entwickelte Methode die Regeneration nach schweren Rückenmarksverletzungen in fünf entscheidenden Punkten:

  1. Die abgetrennten Verlängerungen der Neuronen, die so genannten Axone, regenerierten sich
  2. Narbengewebe, das eine physische Barriere für die Regeneration und Reparatur bilden kann, verringerte sich deutlich
  3. Myelin, die isolierende Schicht der Axone, die für die effiziente Übertragung elektrischer Signale wichtig ist, bildete sich um die Zellen herum neu
  4. Es bildeten sich funktionelle Blutgefäße, die die Zellen an der Verletzungsstelle mit Nährstoffen versorgen, und
  5. Mehr Motoneuronen überleben.

Nachdem die Therapie ihre Funktion erfüllt hat, werden die Materialien innerhalb von zwölf Wochen zu Nährstoffen für die Zellen abgebaut und verschwinden dann vollständig aus dem Körper, ohne dass es zu spürbaren Nebenwirkungen kommt. Dies ist die erste Studie, bei der die Forscher die kollektive Bewegung von Molekülen durch Veränderungen der chemischen Struktur gesteuert haben, um die Wirksamkeit einer Therapie zu erhöhen.

„Unsere Forschung zielt darauf ab, eine Therapie zu finden, die verhindern kann, dass Menschen nach einem schweren Trauma oder einer Krankheit gelähmt werden“, sagt Studienleiter Samuel I. Stupp von Northwestern University in den USA. „Jahrzehntelang war dies eine große Herausforderung für die Wissenschaft, da das zentrale Nervensystem unseres Körpers, zu dem auch das Gehirn und das Rückenmark gehören, nicht in der Lage ist, sich nach einer Verletzung oder nach dem Ausbruch einer degenerativen Krankheit selbst zu reparieren. Wir hoffen, die Zulassung dieser neuen Therapie für den Einsatz bei menschlichen Patienten zu erwirken, für die es derzeit nur sehr wenige Behandlungsmöglichkeiten gibt.“

„Tanzende Moleküle“ treffen bewegliche „Ziele“ besser

Entscheidend für die Wirkung der Methode ist es, die Bewegung der Moleküle so zu steuern, dass sie die sich ständig bewegenden zellulären Rezeptoren finden und richtig anvisieren können. Nach der Injektion als Flüssigkeit geliert diese sofort zu einem komplexen Netz von Nanofasern, die die extrazelluläre Matrix des Rückenmarks nachahmen. Durch die Anpassung an die Struktur der Matrix, die Nachahmung der Bewegung biologischer Moleküle und die Einbindung von Signalen für Rezeptoren sind die synthetischen Materialien in der Lage, mit Zellen zu kommunizieren.

„Rezeptoren in Neuronen und anderen Zellen sind ständig in Bewegung“, so Stupp. „Die wichtigste Innovation in unserer Forschung, ist die Kontrolle der kollektiven Bewegung von mehr als 100.000 Molekülen innerhalb der Nanofasern. Indem wir die Moleküle dazu bringen, sich zu bewegen, zu ‚tanzen‘ oder sogar vorübergehend aus diesen Strukturen, die als supramolekulare Polymere bezeichnet werden, herauszuspringen, sind sie in der Lage, sich effektiver mit den Rezeptoren zu verbinden.“

Stupp und sein Team fanden heraus, dass die Feinabstimmung der Bewegung der Moleküle innerhalb des Nanofasernetzwerks, zu einer verbesserten therapeutischen Wirksamkeit bei querschnittgelähmten Mäusen führte. Die Methode zeigte auch Erfolg bei In-vitro-Tests mit menschlichen Zellen, was auf eine erhöhte Bioaktivität und zelluläre Signalübertragung hindeutet.

„Da sowohl die Zellen selbst als auch ihre Rezeptoren ständig in Bewegung sind, kann man sich vorstellen, dass Moleküle, die sich schneller bewegen, häufiger auf diese Rezeptoren treffen“, so Stupp. „Wenn die Moleküle träge und nicht so ‚gesellig‘ sind, kommen sie vielleicht nie mit den Zellen in Kontakt.“

Möglicher Einsatz in der Behandlung von Menschen?

Nach Ansicht der Forscher eröffnet dieser Ansatz neue Möglichkeiten, die Nervenheilung zu fördern und motorische Funktionen zu verbessern. Dies sei auch beim Menschen denkbar. „Unser Ziel ist es, eine Therapie zu finden, die Personen davor bewahrt, nach einer Verletzung oder einer Erkrankung eine dauerhafte Querschnittlähmung davonzutragen“, sagt Stupp. Wenn es gelingen würde, durchtrennte Nervenbahnen auch beim Menschen mithilfe der neuen Nanofaser-Gerüste zu reparieren, könnte dieses Ziel erreicht werden. Wann und ob dies der Fall sein wird, ist derzeit aber noch völlig unklar.


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