Avkuttede nerver er svært vanskelig å behandle. Hvis i det hele tatt, kan skaden hittil bare repareres gjennom komplekse operasjoner. På Max Planck Institute For Polymer Research har Vi utviklet materialer som stimulerer skadede nerver til vekst. Resultater fra innledende tester på mus viser at nervekanaler kan regenerere på denne måten.

Tekst: Christopher V. Synatschke/Tanja Weil

har du noen gang prøvd å holde en penn uten å bruke tommelen? Da vil du vite hvor vanskelig dette er. Det som kan virke som en interessant fingerøvelse er for mange en bitter virkelighet. Hvis nervekanaler er skadet eller helt kuttet som følge av en trafikkulykke eller yrkesskade, kan enkelte lemmer eller til og med hele kroppsdeler bli nummen og kan ofte ikke lenger flyttes. Tidligere har den eneste sjansen til å gjenopprette funksjonaliteten vært gjennom kirurgi. Noen operasjoner innebærer å fjerne nervestrenger fra en annen del av kroppen og sette dem inn på det skadede stedet. På denne måten kan de skadede nerveendene vokse sammen igjen, gjenopprette en viss grad av bevegelse til den berørte delen.

Vekst krever struktur

Although nerves may be able to bridge a severed connection, the process is extremely complex and not always vellykket. I tillegg omgir et rammeverk av proteiner sunne nerver, og skadede nervefibre er avhengige av at dette rammeverket forblir intakt. Skader skader imidlertid ikke bare selve nervekanalen, men også dette rammeverket. Denne såkalte ekstracellulære matrisen danner stillaset for nervekanaler. Akkurat som tomatplanter trenger en trellis, trenger nerveceller denne matrisen til å vokse sammen. Ved Max Planck Institute For Polymer Research har Vi utviklet et materiale som består av endogene byggesteiner, som kan brukes til å erstatte denne matrisen. Og som det ble vist, hjelper det kunstige rammeverket de skadede nerver til å regenerere seg selv. Den naturlige matrisen består av spesielle proteiner: langkjedede molekyler brettet som ullkuler. Et stort antall av disse små baller av ull justere seg til å danne lange fibre. Disse forskjellige fibrene danner en web – den ekstracellulære matrisen – som nervecellene kan låse seg på.

Lego-build fibre

for at disse proteinene skal dannes, må mange komplekse biokjemiske prosesser finne sted i kroppen-for komplekse til å bli gjenskapt i et reagensrør. Vår forskning tar en annen tilnærming: selv om vi bruker de samme grunnleggende materialene som utgjør den ekstracellulære matrisen, monterer vi dem i en enklere form. Vi bruker kortkjedede molekyler kjent som peptider, som, som proteiner, består av aminosyre byggesteiner. Vi produserer disse peptidene med kjemisk presisjon, slik at vi kan bestemme den nøyaktige posisjonen til hver enkelt byggestein.

for å bruke en analogi, skaper vår presise kjemiske design ‘pigger’ og tilsvarende ‘hull’ på molekylene, som Ligner På Lego-klosser. To peptidmolekyler syntetisert på denne måten vil naturlig justere seg slik at stud og hull møtes. Dette skaper en stabil struktur. Vi var i stand til å bruke denne teknikken til å produsere lange fibre som – til tross for deres forskjellige mikroskopiske struktur – sterkt ligner fibrene i nervens ekstracellulære matrise i form og kjemisk sammensetning.

fra reagensrør til mus

hvordan oppfører nerveceller seg når de skal vokse på denne kunstige ekstracellulære matrisen? Hvordan endrer disse vekstegenskapene når vi endrer peptidene som opprinnelig ble brukt? Vi undersøkte disse spørsmålene i samarbeid med vår par Tner Bernd Knö, Professor Ved Institutt For Fysiologisk Che mistry Ved Ulm University. Vi produserte ulike peptidstrukturer, deponerte dem på glasssubstrater og dyrket nerveceller på dem. Mens ner ve-cellene på noen fibr e-strukturer knapt vokste i det hele tatt, så vi på andre den raske dannelsen av axoner, tynne fremspring som skaper forbindelsene til andre nerveceller.sammen med våre kolleger ved Ulm Universitet brukte vi dyremodeller for å teste fiberstrukturen som støttet den beste nervecelleveksten. Vi kuttet kirurgisk ansiktsnerven til en mus på den ene siden, som styrer bevegelsen av whiskers. Vi tok deretter de fiberdannende peptidene og injiserte dem inn i gapet i nerven. Etter 18 dager var musen i stand til å flytte sine whiskers igjen til en viss grad; nervekanalene hadde tilsynelatende vokst sammen igjen.siden peptidene som brukes våre kunstige fibre ligner de naturlige proteinene i den ekstracellulære matrisen, håper vi at mens materialet forblir på plass under helingsprosessen, kan kroppen da bryte det ned over tid. Så langt har vi kunnet vise at materialet som er igjen på injeksjonsstedet, avtar sakte. Men om dette skyldes biologisk nedbrytning eller fordelingen i kroppen krever videre undersøkelse.

Banebrytende egenskaper

som vist ved laboratorieeksperimentet i mus, kan innledende skade på nervekanaler repareres ved hjelp av vår kunstige matrise. Før du bruker materialet i kliniske applikasjoner, er det imidlertid nødvendig med ytterligere optimalisering siden nervecellene på materialet vårt ikke vokser så godt ennå som de gjør i den naturlige matrisen. De vokser også på en ganske uordnet måte i alle retninger. Vårt neste skritt vil være å legge inn såkalte vekstfaktorer i den kunstige matrisen for ytterligere å akselerere helingsprosessen. Videre ønsker vi å orientere de injiserte fiberstrukturene for å hjelpe nervecellene til å vokse i en bestemt retning.Vi er sikre på at vår kunstige ekstracellulære matrise kan representere et godt alternativ til komplisert kirurgi for mindre skader på nervekanaler. Videre forskning kan også føre til en metode for behandling av ikke bare skader på det perifere nervesystemet, men også til sentralnervesystemet.