a levágott idegpályákat nagyon nehéz kezelni. Ha egyáltalán, a kár eddig csak bonyolult műveletekkel javítható. A Max Planck polimer kutatási Intézetben olyan anyagokat fejlesztettünk ki, amelyek stimulálják a sérült idegeket a növekedésbe. Az egereken végzett kezdeti vizsgálatok eredményei azt mutatják, hogy az idegpályák ilyen módon regenerálódhatnak.

szöveg: Christopher V. Synatschke / Tanja Weil

Próbáltál már tollat tartani a hüvelykujj használata nélkül? Akkor tudni fogja, milyen nehéz ez. Ami érdekes ujjgyakorlatnak tűnhet, sok keserű valóság. Ha a közlekedési baleset vagy munkahelyi sérülés következtében az idegpályák megsérülnek vagy teljesen megszakadnak, az egyes végtagok vagy akár az egész testrészek zsibbadhatnak, és gyakran már nem mozgathatók. A múltban az egyetlen esély a funkcionalitás helyreállítására a műtéten keresztül történt. Néhány művelet magában foglalja az idegszálak eltávolítását a test egy másik részéből, majd a sérült helyre történő visszahelyezését. Ily módon a sérült idegvégződések újra együtt növekedhetnek, visszaállítva bizonyos fokú mozgást az érintett részre.

Growth requires structure

Although nerves may be able to bridge a severed connection, the process is extremely complex and not always sikeres. Ezenkívül a fehérjék kerete körülveszi az egészséges idegeket, a sérült idegrostok pedig attól függnek, hogy ez a keret érintetlen marad-e. A sérülések azonban gyakran nemcsak az idegrendszert károsítják, hanem ezt a keretet is. Ez az úgynevezett extracelluláris mátrix képezi az idegpályák állványzatát. Csakúgy, mint a paradicsomnövényeknek rácsra van szükségük, az idegsejteknek szükségük van erre a mátrixra, hogy mellette növekedjenek. A Max Planck polimer Kutatóintézetben kifejlesztettünk egy endogén építőelemekből álló anyagot, amely felhasználható a mátrix helyettesítésére. Mint látható, a mesterséges keret segít a sérült idegeknek regenerálódni. A természetes mátrix bizonyos fehérjékből áll: hosszú láncú molekulák hajtogatva, mint a gyapjúgolyók. Ezeknek az apró gyapjúgolyóknak nagy száma igazodik ahhoz, hogy hosszú szálakat képezzenek. Ezek a különféle rostok olyan hálót alkotnak – az extracelluláris mátrixot -, amelyre az idegsejtek reteszelhetnek.

Lego-build rostok

ahhoz, hogy ezek a fehérjék kialakuljanak, számos komplex biokémiai folyamatnak kell megtörténnie a testben – túl bonyolult ahhoz, hogy egy kémcsőben újra létrejöjjön. Kutatásunk más megközelítést alkalmaz: bár ugyanazokat az alapanyagokat használjuk, amelyek az extracelluláris mátrixot alkotják, egyszerűbb formában állítjuk össze őket. Rövidláncú molekulákat használunk peptidek néven, amelyek, mint a fehérjék, aminosav építőelemekből állnak. Ezeket a peptideket kémiai pontossággal állítjuk elő, lehetővé téve számunkra, hogy meghatározzuk az egyes építőelemek pontos helyzetét.

egy analógia alkalmazásához pontos kémiai kialakításunk “csapokat” és megfelelő “lyukakat” hoz létre a molekulákon, hasonlóan a Lego téglákhoz. Az így szintetizált két peptidmolekula természetesen úgy igazodik egymáshoz, hogy a csap és a lyuk találkozzanak. Ez stabil struktúrát hoz létre. Tudtuk, hogy használja ezt a technikát, hogy készítsen hosszú szálak, hogy – annak ellenére, hogy a különböző mikroszkopikus szerkezet – erősen hasonlít a szálak az ideg extracelluláris mátrix formában kémiai összetétele.

A kémcsőtől az egérig

hogyan viselkednek az idegsejtek, amikor ezen a mesterséges extracelluláris mátrixon nőnek? Hogyan változnak ezek a növekedési jellemzők, amikor megváltoztatjuk az eredetileg használt peptideket? Ezeket a kérdéseket a par Tner Bernd Knöll-lel, az Ulm Egyetem fiziológiai Che mistry Intézetének professzorával együttműködve vizsgáltuk meg. Különböző peptidszerkezeteket állítottunk elő, üveg szubsztrátumokra helyeztük őket, és idegsejteket tenyésztettünk rajtuk. Míg a NER ve sejtek néhány fibr e struktúrák alig nőtt egyáltalán, másokon láttuk a gyors kialakulását axonok, vékony kiemelkedések, amelyek megteremtik a kapcsolatot más idegsejtek.

kollégáinkkal együtt az Ulm Egyetemen állati modelleket használtunk a rostszerkezet tesztelésére, amely támogatta a legjobb idegsejt növekedést. Az egyik oldalon műtéti úton levágtuk az egér arc idegét, amely szabályozza a bajusz mozgását. Ezután bevettük a rostképző peptideket, és beinjektáltuk őket az ideg résébe. 18 nap elteltével az egér képes volt bizonyos mértékig ismét mozgatni a bajuszát; az idegpályák nyilvánvalóan újra együtt nőttek.

mivel a peptidek a mesterséges rostjainkat az extracelluláris mátrixban lévő természetes fehérjékhez hasonlítanak, reméljük, hogy amíg az anyag a gyógyulás során a helyén marad, a test idővel lebonthatja. Eddig meg tudtuk mutatni, hogy az injekció beadásának helyén maradt anyag lassan csökken. Azonban, hogy ez a biológiai lebomlás vagy a testben való eloszlás következménye-e, további vizsgálatot igényel.

úttörő tulajdonságok

amint azt az egereken végzett laboratóriumi kísérlet mutatja, az idegpályák kezdeti károsodása mesterséges mátrixunk segítségével javítható. Az anyag klinikai alkalmazásokban történő felhasználása előtt azonban további optimalizálásra van szükség, mivel az anyagunkban lévő idegsejtek még nem nőnek olyan jól, mint a természetes mátrixban. Ők is nőnek egy meglehetősen rendezetlen módon minden irányban. A következő lépés az úgynevezett növekedési faktorok beágyazása a mesterséges mátrixba a gyógyulási folyamat további felgyorsítása érdekében. Ezenkívül az injektált rostszerkezeteket úgy szeretnénk orientálni, hogy az idegsejtek egy adott irányba növekedjenek.

biztosak vagyunk benne, hogy mesterséges extracelluláris mátrixunk jó alternatívát jelenthet a komplex műtéthez az idegpályák kisebb sérülései esetén. További kutatások is vezethet egy módszer kezelésére nem csak a sérülések, a perifériás idegrendszer, hanem a központi idegrendszer.