Faserinjektion fördert Neuronenwachstum bei Rückenmarksverletzung
US-amerikanische Wissenschaftler haben Nanofasern entwickelt, die die elektrische Aktivität und das Wachstum von Neuronen fördern können. Eingesetzt werden könnte diese Methode bei der Behandlung von akuter Querschnittlähmung.
Eine Studie der Northwestern University aus dem Jahr 2023 untersuchte neue Ansätze, um den Regenerationsprozess von Neuronen zu verbessern. Studienautor Dr. Samuel Stupp, Gründungsdirektor des Simpson Querrey Institute for BioNanotechnology (SQI) und des angeschlossenen Forschungszentrums Center for Regenerative Nanomedicine sagt: „Wirksame Therapien für die Regeneration des zentralen Nervensystems sind derzeit nicht verfügbar. Wir haben nun nanoskalige (d. h. in einem Größenbereich von ca. 1 bis 100 Nanometern) Fasern entwickelt, die aus Zehntausenden von Molekülen bestehen, die Neuronen und anderen Zellen Signale geben können. Die wasserlöslichen Nanofasern sind so konstruiert, dass sie zu einer gerüstartigen Struktur gelieren, sobald sie an der Läsionsstelle injiziert wurden. Nach ein paar Wochen setzt das Gerüst die Regenerationsprozesse in Gang und zerfällt dann in Nährstoffe für die Zellen.“
Vorangegangene Studien hatten gezeigt, dass bestimmte Proteine zur Förderung der Heilung von Rückenmarksverletzungen eingesetzt werden können. Die kurze Halbwertszeit dieser Proteine verhinderten allerdings dauerhafte Ergebnisse.
Faserinjektion fördert Wachstum
In der vorliegenden Studie versuchten die Forscher nun, neuartige Nanofasern zu entwickeln, die die Bioaktivität des Proteins Netrin-1 nachahmen und langfristig der Signalübertragung dienen könnten. Von Netrin-1 weiß man, dass es neue neuronale Verbindungen und das Wachstum fördern und dazu beitragen kann, Axonenverbindungen herzustellen. Die Wiedergewinnung von verlorenen Funktionen bei Querschnittlähmung, z. B. die Gehfähigkeit, wäre damit denkbar.
Im Tiermodell beobachteten die Forscher eine erhöhte elektrische Aktivität und ein verstärktes Wachstum von Neuriten beim Kontakt der Nanofasern mit kortikalen Mäuseneuronen – Schlüsselindikatoren für die Nervenregeneration. Eine Proteinanalyse bestätigte, dass die Nanofasern die neuronalen Netrin-1-Rezeptoren aktivierten und das Protein über längere Zeiträume erfolgreich nachahmten.
Laut Studienautorin Cara Smith, Doktorandin der Biomedizintechnik, war das Implantat nicht nur in der Lage, das Wachstum von Neuriten zu fördern, sondern auch die neuronale Reifung zu beeinflussen und die Entwicklung neuer Synapsen (Kommunikationspunkten zwischen Neuronen) zu steuern.
Eine mögliche Therapie mit den Nanofasern wäre laut Strupp, „völlig sicher in der Anwendung, bioaktiv und sehr effektiv sind.“ Zudem könne sie sicher biologisch abgebaut werden, sobald sie ihre Aufgabe erfüllt hätte.
Nach diesen ersten Erfolgen sind weitere Studien in Planung. Wann und ob die Methode beim Menschen Anwendung finden wird ist derzeit unklar.
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