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Gehirnheilende Nanotechnologie
Obwohl sich Opfer von Schlaganfällen und traumatischen Hirn- und Rückenmarksverletzungen manchmal durch Rehabilitation erholen, haben sie oft bleibende Behinderungen, teilweise weil Narbengewebe und regulatorische Chemikalien im Gehirn das Nervenwachstum verlangsamen und die Nervengewebe daran hindern, sich selbst zu reparieren. Nun scheint eine Behandlung, die den Verlust des Sehvermögens bei Labortieren wiederhergestellt hat, diese Hindernisse zu überwinden und ermöglicht es, dass eine Masse von Nervenzellen nach dem Durchtrennen nachwächst.
Wir glauben, dass dies die Grundlage der rekonstruktiven Hirnchirurgie ist – etwas, von dem noch niemand zuvor gehört hat, sagt Rutledge Ellis-Behnke, Forscherin des Projekts und Forscherin für Hirn- und Kognitionswissenschaften am MIT.
Die Behandlung, die diese Woche online in den Proceedings of the National Academy of Sciences beschrieben und am MIT, der Hong Kong University und der Fourth Military Medical University in China durchgeführt wurde, könnte Menschen in nur drei Jahren in Studien zur Verfügung stehen, wenn alles gut geht in Großtierstudien, sagen die Forscher.
In ihren Experimenten schnitten die Forscher zunächst in eine Gehirnstruktur, die Signale für das Sehen übermittelt, wodurch die kleinen Labortiere auf einem Auge geblendet wurden. Dann injizierten sie eine klare Flüssigkeit, die Aminosäureketten enthielt, in den beschädigten Bereich. Sobald sie sich in der Umgebung des Gehirns befinden, binden sich diese Ketten, sogenannte Peptide, aneinander und fügen sich zu Fasern im Nanomaßstab zusammen, die die durch den Schaden hinterlassene Lücke überbrücken. Das Fasergeflecht verhindert die Bildung von Narbengewebe und kann auch das Zellwachstum fördern (die Forscher untersuchen noch die beteiligten Mechanismen).
Infolgedessen stellten Nervenzellen durchtrennte Verbindungen wieder her, sodass 75 Prozent der Tiere gut genug sehen konnten, um Nahrung zu erkennen und sich zuzuwenden. Die Behandlung stellte rund 30.000 Nervenverbindungen wieder her, verglichen mit 25-30 Verbindungen, die bei anderen experimentellen Behandlungen möglich waren, sagt Ellis-Behnke.
Da die Behandlung wichtige Hindernisse für die Heilung von Nervengewebe bei Schlaganfällen und traumatischen Hirn- und Rückenmarksverletzungen überwindet, glauben die Forscher sowie andere Experten auf diesem Gebiet, dass sie sich als wirksame Behandlung für diese Arten von Schäden des Nervensystems erweisen könnte .
Die präsentierten Daten sind fast zu schön, um wahr zu sein, sagt Wolfram Tetzlaff, Professor und stellvertretender Direktor der International Collaboration on Repair Discoveries ( ICORD ) an der University of British Columbia. Für bare Münze genommen sind diese Ergebnisse einfach spektakulär und könnten eine sehr nützliche Kombination mit anderen Regenerationsstrategien werden, sagt er. Zukünftige Studien werden zeigen, wie sich diese Daten halten. Solche Studien sollten darauf abzielen, festzustellen, ob die Behandlung bei einer Vielzahl von Hirnverletzungen funktioniert, nicht nur bei den bisher untersuchten Messerschnitten, sagt Tetzlaff.
Der Erfolg der Behandlung ist etwas überraschend, da die Chemikalien, die das Nervenwachstum und die Stammzellen stimulieren, die in anderen Forschungen zur Regeneration von Nervengewebe verwendet werden, hier nicht verwendet wurden. Sie haben einfach die Peptide verwendet und die Zellen verbinden sich wieder mit dem Ziel, und dann kann man das funktionelle Verhalten der Tiere sehen – das finde ich erstaunlich, sagt Tat Fong Ng, Forscher am Harvard-nahen Schepens Eye Research Institute in Boston.
Ng fragt sich, ob das Hinzufügen solcher Chemikalien und Zellen zur Behandlung das Wachstum beschleunigen könnte und es vielleicht ermöglichen würde, entfernte Teile des Gehirns, die durch eine Verletzung, wie beispielsweise bei einem Schlaganfall, getrennt wurden, wieder zu verbinden. Die Forscher sagen, dass dies erreicht werden könnte, indem man mit minimal-invasiven Eingriffen einen Weg durch einen beschädigten Bereich bildet und die Aminosäureketten injiziert, die sich dann zu den Fasern zusammenfügen. Der Kanal würde sowohl das Wachstum von Nervenzellen ermöglichen als auch sie in den richtigen Bereich führen.
Bisher hat die Nanofaser-Behandlung bei Kleintieren keine Probleme wie Entzündungen oder Verklumpungen von Fasern verursacht. Innerhalb weniger Wochen werden die Fasern abgebaut und verlassen den Körper im Urin. Als Bausteine für Proteine könnten die Aminosäuren sogar für neues Zellwachstum genutzt werden, sagen die Forscher. Auch weil die Fasern aus natürlichen Aminosäuren bestehen, die der Körper verwerten kann, sind die Forscher optimistisch, dass es in Studien mit Großtieren und Menschen keine Reaktion dagegen geben wird.
Ed Tehovnik, ein Neurowissenschaftler am MIT, der nicht an der Arbeit beteiligt war, sagt, dass dies viel versprechend sei, und fügt hinzu, dass dies möglicherweise nur der Anfang ist. Es könnte andere Arten von Nanowirkstoffen geben, die [die MIT-Forscher] entwickeln, die das Wachstum noch besser fördern könnten. Ich sehe dies als den Anfang, nicht als das Ende, was gut ist.
Bild der Homepage mit freundlicher Genehmigung der National Academy of Sciences. Bildunterschrift: Das Nachwachsen von Nervenzellen (in Grün) zeigt einen beschädigten Bereich des Gehirns, der repariert wurde.