katkenneita hermoratoja on hyvin vaikea hoitaa. Jos ylipäätään, niin tähänastiset vauriot voidaan korjata vain monimutkaisilla operaatioilla. Max Planck Institute for Polymer Research on kehittänyt materiaaleja, jotka stimuloivat vaurioituneita hermoja kasvuun. Hiirillä tehtyjen alustavien kokeiden tulokset osoittavat, että hermoradat voivat uusiutua tällä tavoin.

teksti: Christopher v. Synatschke/Tanja Weil

Oletko koskaan yrittänyt pitää kynää ilman peukaloa? Sitten tiedät, miten vaikeaa tämä on. Se, mikä voi tuntua mielenkiintoiselta sormiharjoitukselta, on monelle karu todellisuus. Jos hermoradat vaurioituvat tai katkeavat kokonaan liikenneonnettomuuden tai työtapaturman seurauksena, yksittäiset raajat tai jopa koko ruumiinosat voivat puutua, eikä niitä usein voi enää liikuttaa. Aiemmin ainoa mahdollisuus palauttaa niiden toimivuus on ollut leikkaus. Joissakin operaatioissa hermosäikeitä poistetaan toisesta ruumiinosasta ja ne sijoitetaan uudelleen vahingoittuneeseen kohtaan. Tällä tavoin vahingoittuneet hermopäätteet voivat kasvaa takaisin yhteen ja palauttaa tietyn määrän liikettä kärsivään osaan.

kasvu vaatii rakennetta

Although nerves may be able to bridge a severed connection, the process is extremely complex and not always onnistunut. Lisäksi proteiinikehys ympäröi terveitä hermoja, ja loukkaantuneet hermokuidut riippuvat tästä kehyksestä, joka pysyy ehjänä. Vammat vahingoittavat kuitenkin usein paitsi itse hermokanavaa myös tätä kehystä. Tämä niin sanottu solunulkoinen matriisi muodostaa hermoratojen tukirangan. Aivan kuten tomaatin kasvit tarvitsevat Säleikkö, hermosolut tarvitsevat tämän matriisin kasvaa rinnalla. Max Planck Institute for Polymer Research on kehittänyt endogeenisistä rakennuspalikoista koostuvan materiaalin, jota voidaan käyttää tämän matriisin korvaamiseen. Ja kuten osoitettiin, keinotekoinen kehys auttaa vaurioituneita hermoja uudistumaan. Luonnollinen matriisi koostuu tietyistä proteiineista: pitkäketjuisista molekyyleistä, jotka on taitettu kuin villapallot. Suuret määrät näitä pieniä villapalloja asettuvat yhteen muodostaen pitkiä kuituja. Nämä eri kuidut muodostavat verkon-solunulkoisen matriisin-johon hermosolut voivat kiinnittyä.

Lego-rakennekuituja

jotta nämä proteiinit muodostuisivat, kehossa on tapahduttava lukuisia monimutkaisia biokemiallisia prosesseja – liian monimutkaisia, jotta ne voitaisiin luoda uudelleen koeputkessa. Tutkimuksemme lähestymistapa on erilainen: vaikka käytämme samoja perusmateriaaleja, jotka muodostavat solunulkoisen matriisin, kokoamme ne yksinkertaisempaan muotoon. Käytämme lyhytketjuisia molekyylejä, joita kutsutaan peptideiksi, jotka proteiinien tavoin koostuvat aminohapon rakennusaineista. Valmistamme näitä peptidejä kemiallisella tarkkuudella, jolloin voimme määrittää jokaisen yksittäisen rakennusosan tarkan sijainnin.

käyttääkseni analogiaa, tarkka kemiallinen rakenteemme luo molekyyleihin ”nastoja” ja vastaavia ”reikiä”, jotka muistuttavat Lego-tiiliä. Kaksi tällä tavalla syntetisoitunutta peptidimolekyyliä asettuvat luontaisesti yhteen niin, että nasta ja reikä kohtaavat. Näin syntyy vakaa rakenne. Tällä tekniikalla pystyimme tuottamaan pitkiä kuituja, jotka erilaisesta mikroskooppisesta rakenteestaan huolimatta muistuttavat muodoltaan ja kemialliselta koostumukseltaan voimakkaasti hermon solunulkoisen matriisin kuituja.

koeputkesta hiireen

miten hermosolut käyttäytyvät, kun niiden on määrä kasvaa tässä keinotekoisessa solunulkoisessa matriisissa? Miten nämä kasvuominaisuudet muuttuvat, kun muutamme alun perin käytettyjä peptidejä? Tutkimme näitä kysymyksiä yhdessä kollegamme Bernd Knöllin, Ulmin yliopiston fysiologisen tutkimuksen laitoksen professorin kanssa. Tuotimme erilaisia peptidirakenteita, kerrostimme niitä lasialustoille ja viljelimme hermosoluja niiden päälle. Vaikka joidenkin fibrirakenteiden ner ve-solut eivät juuri lainkaan kasvaneet, toisilla näimme aksonien nopean muodostumisen, ohuiden ulokkeiden, jotka luovat yhteyksiä toisiin hermosoluihin.

yhdessä Ulmin yliopistossa työskentelevien kollegoidemme kanssa testasimme eläinmalleilla kuiturakennetta, joka tuki parasta hermosolujen kasvua. Leikkasimme toiselta puolelta hiiren kasvohermon, joka ohjaa sen viiksien liikettä. Sitten otimme kuitua muodostavia peptidejä ja ruiskutimme niitä hermon rakoon. 18 päivän kuluttua hiiri kykeni jälleen liikuttamaan viiksiään jonkin verran; hermoradat olivat ilmeisesti kasvaneet takaisin yhteen.

koska keinokuitujemme peptidit muistuttavat solunulkoisen matriisin luonnollisia proteiineja, toivomme, että kun materiaali pysyy paikallaan paranemisprosessin aikana, keho voi hajottaa sen ajan myötä. Tähän mennessä olemme pystyneet osoittamaan, että injektiokohtaan jäävä materiaali vähenee hitaasti. Se, johtuuko tämä biologisesta hajoamisesta vai jakautumisesta elimistössä, vaatii kuitenkin lisätutkimuksia.

uraauurtavia ominaisuuksia

kuten hiirillä tehty laboratoriokoe osoitti, hermoratojen alustava vaurio voidaan korjata keinotekoisen matriisin avulla. Ennen kuin materiaalia käytetään kliinisissä sovelluksissa, tarvitaan kuitenkin lisäoptimointia, koska materiaalissamme olevat hermosolut eivät vielä kasva yhtä hyvin kuin luonnollisessa matriisissa. Ne myös kasvavat melko sekavasti joka suuntaan. Seuraava askel on lisätä niin sanottuja kasvutekijöitä keinotekoiseen matriisiin parantumisprosessin nopeuttamiseksi. Lisäksi haluamme suunnata ruiskutetut kuiturakenteet auttamaan hermosoluja kasvamaan tiettyyn suuntaan.

olemme varmoja, että keinotekoinen solunulkoinen matriisi voisi olla hyvä vaihtoehto monimutkaiselle leikkaukselle hermoratojen lievissä vammoissa. Lisätutkimukset saattavat myös johtaa menetelmään, jolla hoidetaan ääreishermoston lisäksi myös keskushermostoa.