afskårne nervesystemer er meget vanskelige at behandle. Hvis overhovedet, kan skaden indtil videre kun repareres gennem komplekse operationer. På Planck Institute for Polymer Research har vi udviklet materialer, der stimulerer beskadigede nerver til vækst. Resultater fra indledende test på mus viser, at nervesystemer kan regenerere på denne måde.

tekst: Christopher V. Synatschke/Tanja Viil

har du nogensinde prøvet at holde en pen uden at bruge tommelfingeren? Så vil du vide, hvor svært det er. Hvad der kan virke som en interessant fingerøvelse er for mange en bitter virkelighed. Hvis nervesystemer er beskadiget eller fuldstændigt afskåret som følge af en trafikulykke eller arbejdsskade, kan individuelle lemmer eller endda hele kropsdele blive følelsesløse og kan ofte ikke længere flyttes. Tidligere har den eneste chance for at gendanne deres funktionalitet været gennem operation. Nogle operationer involverer fjernelse af nervestrenge fra en anden del af kroppen og genindsættelse af dem på det beskadigede sted. På denne måde kan de beskadigede nerveender vokse sammen igen og genoprette en vis grad af bevægelse til den berørte del.

vækst kræver struktur

Although nerves may be able to bridge a severed connection, the process is extremely complex and not always vellykket. Derudover omgiver en ramme af proteiner sunde nerver, og skadede nervefibre afhænger af, at denne ramme forbliver intakt. Skader beskadiger dog ofte ikke kun selve nervekanalen, men også denne ramme. Denne såkaldte ekstracellulære matrice danner stilladset til nervesystemer. Ligesom tomatplanter har brug for en espalier, har nerveceller brug for denne matrice for at vokse sammen. På Planck Institute for Polymer Research har vi udviklet et materiale bestående af endogene byggesten, som kan bruges til at erstatte denne matrice. Og som det blev vist, hjælper den kunstige ramme de beskadigede nerver til at regenerere sig selv. Den naturlige matrice består af bestemte proteiner: langkædede molekyler foldet som uldkugler. Et stort antal af disse små kugler af uld tilpasse sig til at danne lange fibre. Disse forskellige fibre danner en bane-den ekstracellulære matrice-at nervecellerne kan hægte sig fast på.

Lego-byg fibre

for at disse proteiner kan dannes, skal der foregå adskillige komplekse biokemiske processer i kroppen – for komplekse til at kunne genskabes i et reagensglas. Vores forskning tager en anden tilgang: selvom vi bruger de samme grundlæggende materialer, der udgør den ekstracellulære matrice, samler vi dem i en enklere form. Vi bruger kortkædede molekyler kendt som peptider, som ligesom proteiner er sammensat af aminosyre byggesten. Vi producerer disse peptider med kemisk præcision, så vi kan bestemme den nøjagtige placering af hver enkelt byggesten.

for at bruge en analogi skaber vores præcise kemiske design ‘studs’ og tilsvarende ‘huller’ på molekylerne, svarende til Lego mursten. To peptidmolekyler, der syntetiseres på denne måde, vil naturligvis tilpasse sig, så stud og hul mødes. Dette skaber derefter en stabil struktur. Vi var i stand til at bruge denne teknik til at producere lange fibre, der – på trods af deres forskellige mikroskopiske struktur – stærkt ligner fibrene i nervens ekstracellulære matrice i form og kemisk sammensætning.

fra reagensglas til mus

hvordan opfører nerveceller sig, når de skal vokse på denne kunstige ekstracellulære matrice? Hvordan ændres disse vækstegenskaber, når vi ændrer de oprindeligt anvendte peptider? Vi undersøgte disse spørgsmål i samarbejde med vores partner Bernd Knristll, Professor ved Institut for fysiologisk che mistry ved Ulm University. Vi producerede forskellige peptidstrukturer, deponerede dem på glassubstrater og dyrkede nerveceller på dem. Mens ner ve-cellerne på nogle fibr e-strukturer næppe voksede overhovedet, så vi på andre den hurtige dannelse af aksoner, tynde fremspring, der skaber forbindelserne til andre nerveceller.

sammen med vores kolleger på Ulm University brugte vi derefter dyremodeller til at teste den fiberstruktur, der understøttede den bedste nervecellevækst. Vi afbrød kirurgisk ansigtsnerven på en mus på den ene side, som styrer bevægelsen af dens knurhår. Vi tog derefter de fiberdannende peptider og injicerede dem i hullet i nerven. Efter 18 dage var musen i stand til at bevæge sine knurhår igen til en vis grad; nervesystemerne var tilsyneladende vokset sammen igen.

da de anvendte peptider ligner vores kunstige fibre de naturlige proteiner i den ekstracellulære matrice, håber vi, at mens materialet forbliver på plads under helingsprocessen, kan kroppen derefter nedbryde det over tid. Indtil videre har vi været i stand til at vise, at det resterende materiale på injektionsstedet langsomt falder. Hvorvidt dette skyldes biologisk nedbrydning eller fordelingen i kroppen kræver imidlertid yderligere undersøgelse.

banebrydende egenskaber

som det fremgår af laboratorieeksperimentet hos mus, kan indledende skader på nervesystemer repareres ved hjælp af vores kunstige matrice. Før materialet anvendes i kliniske applikationer, er der dog behov for yderligere optimering, da nervecellerne på vores materiale ikke vokser så godt endnu, som de gør i den naturlige matrice. De vokser også på en ret uordnet måde i alle retninger. Vores næste skridt vil være at integrere såkaldte vækstfaktorer i den kunstige matrice for yderligere at fremskynde helingsprocessen. Desuden ønsker vi at orientere de injicerede fiberstrukturer for at hjælpe nervecellerne med at vokse i en bestemt retning.

Vi er overbeviste om, at vores kunstige ekstracellulære matrice kunne repræsentere et godt alternativ til kompleks kirurgi for mindre skader på nervesystemer. Yderligere forskning kan også føre til en metode til behandling af ikke kun skader på det perifere nervesystem, men også til centralnervesystemet.