afgehakte zenuwbanen zijn zeer moeilijk te behandelen. Als er al schade is, kan de schade tot nu toe alleen worden hersteld door middel van complexe operaties. Bij het Max Planck Instituut voor Polymeeronderzoek hebben we materialen ontwikkeld die beschadigde zenuwen stimuleren tot groei. De resultaten van de eerste testen op muizen tonen aan dat zenuwbanen op deze manier kunnen regenereren.

tekst: Christopher V. Synatschke / Tanja Weil

heeft u ooit geprobeerd een pen vast te houden zonder uw duim te gebruiken? Dan weet je hoe moeilijk dit is. Wat misschien een interessante vingeroefening lijkt, is voor velen een bittere realiteit. Als zenuwbanen als gevolg van een verkeersongeval of beroepsletsel beschadigd of volledig doorgesneden worden, kunnen individuele ledematen of zelfs hele lichaamsdelen gevoelloos worden en vaak niet meer verplaatst worden. In het verleden, de enige kans om hun functionaliteit te herstellen is door middel van een operatie. Sommige operaties omvatten het verwijderen van zenuwstrengen uit een ander deel van het lichaam en het opnieuw plaatsen van hen in de beschadigde plek. Op deze manier kunnen de beschadigde zenuwuiteinden weer samengroeien, waardoor een zekere mate van beweging naar het aangetaste deel wordt hersteld.

groei vereist structuur

Although nerves may be able to bridge a severed connection, the process is extremely complex and not always succesvol. Bovendien, een kader van eiwitten omringt gezonde zenuwen, en gewonde zenuwvezels afhankelijk van dit kader intact blijven. Letsels beschadigen echter vaak niet alleen het zenuwstelsel zelf, maar ook dit kader. Deze zogenaamde extracellulaire matrix vormt de steiger voor zenuwbanen. Net zoals tomatenplanten een latwerk nodig hebben, hebben zenuwcellen deze matrix nodig om mee te groeien. Bij het Max Planck Instituut voor Polymeeronderzoek hebben we een materiaal ontwikkeld dat bestaat uit endogene bouwstenen, die kunnen worden gebruikt om deze matrix te vervangen. En zoals werd aangetoond, het kunstmatige kader helpt de beschadigde zenuwen om zichzelf te regenereren. De natuurlijke matrix bestaat uit specifieke eiwitten: lange ketenmoleculen gevouwen als bollen wol. Grote aantallen van deze kleine bolletjes wol vormen lange vezels. Deze verschillende vezels vormen een web-de extracellulaire matrix-waar de zenuwcellen zich aan kunnen vastklampen.

LEGO-build vezels

om deze eiwitten te kunnen vormen, moeten tal van complexe biochemische processen in het lichaam plaatsvinden – te complex om opnieuw in een reageerbuis te worden gemaakt. Ons onderzoek volgt een andere benadering: hoewel we dezelfde basismaterialen gebruiken die deel uitmaken van de extracellulaire matrix, assembleren we ze in een eenvoudigere vorm. We gebruiken korte-ketenmoleculen bekend als peptiden, die, net als eiwitten, zijn samengesteld uit aminozuur bouwstenen. We produceren deze peptiden met chemische precisie, waardoor we de exacte positie van elke individuele bouwsteen kunnen bepalen.

om een analogie te gebruiken, ons precieze chemische ontwerp creëert ‘noppen’ en overeenkomstige ‘gaten’ op de moleculen, vergelijkbaar met Lego stenen. Twee peptide moleculen synthetiseerden op deze manier zullen zich natuurlijk uitlijnen zodat de stud en het gat elkaar ontmoeten. Hierdoor ontstaat een stabiele structuur. We konden deze techniek gebruiken om lange vezels te produceren die-ondanks hun verschillende microscopische structuur-sterk lijken op de vezels van de extracellulaire matrix van de zenuw in vorm en chemische samenstelling.

van reageerbuis naar muis

hoe gedragen zenuwcellen zich wanneer ze op deze kunstmatige extracellulaire matrix moeten groeien? Hoe veranderen deze de groeikenmerken wanneer wij peptides oorspronkelijk gebruikt veranderen? We hebben deze vragen onderzocht in samenwerking met onze partner Bernd Knöll, Professor aan het Institute of Physiological Che mistry aan de Ulm University. We produceerden verschillende peptide structuren, legden ze af op glazen substraten, en kweekten er zenuwcellen op. Terwijl de ner ve cellen op sommige fibr e structuren nauwelijks groeide, op andere zagen we de snelle vorming van axonen, dunne uitsteeksels die de verbindingen met andere zenuwcellen te creëren.

samen met onze collega ‘ s aan de Universiteit van Ulm hebben we vervolgens diermodellen gebruikt om de vezelstructuur te testen die de beste groei van zenuwcellen ondersteunde. We hebben operatief de gezichtszenuw van een muis doorgesneden aan één kant, die de beweging van zijn snorharen controleert. We namen de vezel-vormende peptiden en injecteerden ze in de opening in de zenuw. Na 18 dagen kon de muis zijn snorharen weer tot op zekere hoogte bewegen; de zenuwbanen waren blijkbaar weer aan elkaar gegroeid.

aangezien de peptiden die onze kunstmatige vezels gebruikten, lijken op de natuurlijke eiwitten in de extracellulaire matrix, hopen we dat het lichaam het in de loop van de tijd kan afbreken terwijl het materiaal op zijn plaats blijft tijdens het genezingsproces. Tot nu toe hebben we kunnen aantonen dat het materiaal op de injectieplaats langzaam afneemt. Echter, of dit te wijten is aan biologische afbraak of de distributie in het lichaam vereist verder onderzoek.

Pioniereigenschappen

zoals blijkt uit het laboratoriumexperiment bij muizen, kan de initiële schade aan zenuwbanen worden hersteld met behulp van onze kunstmatige matrix. Voordat het materiaal in klinische toepassingen wordt gebruikt, is echter verdere optimalisatie nodig, aangezien de zenuwcellen op ons materiaal nog niet zo goed groeien als in de natuurlijke matrix. Ze groeien ook op een nogal wanordelijke manier in alle richtingen. Onze volgende stap is het inbedden van zogenaamde groeifactoren in de kunstmatige matrix om het genezingsproces verder te versnellen. Verder willen we de geïnjecteerde vezelstructuren oriënteren om de zenuwcellen te helpen in een specifieke richting te groeien.

we zijn ervan overtuigd dat onze kunstmatige extracellulaire matrix een goed alternatief kan zijn voor complexe chirurgie voor kleine verwondingen aan zenuwbanen. Verder onderzoek zou ook kunnen leiden tot een methode om niet alleen verwondingen aan het perifere zenuwstelsel, maar ook aan het centrale zenuwstelsel te behandelen.