odcięte Trakty nerwowe są bardzo trudne do wyleczenia. Jeśli w ogóle, uszkodzenia do tej pory można naprawić tylko poprzez złożone operacje. W Instytucie Badań nad polimerami Maxa Plancka opracowaliśmy materiały, które stymulują uszkodzone nerwy do wzrostu. Wyniki wstępnych testów na myszach pokazują, że Trakty nerwowe mogą się w ten sposób regenerować.

tekst: Christopher V. Synatschke/Tanja Weil

Czy kiedykolwiek próbowałeś trzymać długopis bez użycia kciuka? Wtedy będziesz wiedział, jakie to trudne. To, co może wydawać się ciekawym ćwiczeniem palców, jest dla wielu gorzką rzeczywistością. Jeśli w wyniku wypadku drogowego lub urazu zawodowego uszkodzone lub całkowicie zerwane są przewody nerwowe, pojedyncze kończyny lub nawet całe części ciała mogą stać się odrętwiałe i często nie mogą być już poruszane. W przeszłości jedyną szansą na przywrócenie ich funkcjonalności była operacja. Niektóre operacje polegają na usuwaniu pasm nerwowych z innej części ciała i ponownym umieszczaniu ich w uszkodzonym miejscu. W ten sposób uszkodzone zakończenia nerwowe mogą ponownie rosnąć razem, przywracając pewien stopień ruchu dotkniętej części.

wzrost wymaga struktury

Although nerves may be able to bridge a severed connection, the process is extremely complex and not always sukces. Ponadto struktura białek otacza zdrowe nerwy, a uszkodzone włókna nerwowe zależą od tego, czy struktura ta pozostanie nienaruszona. Jednak urazy często uszkadzają nie tylko sam przewód nerwowy,ale także tę strukturę. Ta tak zwana macierz zewnątrzkomórkowa tworzy rusztowanie dla traktów nerwowych. Tak jak rośliny pomidora potrzebują kraty, tak komórki nerwowe potrzebują tej matrycy, aby rosły razem. W Instytucie Badań nad polimerami im. Maxa Plancka opracowaliśmy materiał składający się z endogennych bloków konstrukcyjnych, które można wykorzystać do zastąpienia tej matrycy. I jak pokazano, sztuczna struktura pomaga uszkodzonym nerwom regenerować się. Naturalna matryca składa się z poszczególnych białek: długołańcuchowych cząsteczek złożonych jak kulki wełny. Duża liczba tych maleńkich kuleczek wełny układa się w długie włókna. Te różne włókna tworzą sieć-macierz zewnątrzkomórkową – do której komórki nerwowe mogą się przyczepić.

włókna budowane z klocków Lego

aby te białka mogły się uformować, w organizmie muszą zachodzić liczne złożone procesy biochemiczne-zbyt złożone, aby można je było odtworzyć w probówce. Nasze badania mają inne podejście: chociaż używamy tych samych podstawowych materiałów, które tworzą macierz zewnątrzkomórkową, składamy je w prostszej formie. Używamy krótkołańcuchowych cząsteczek znanych jako peptydy, które, podobnie jak białka, składają się z aminokwasowych bloków budulcowych. Produkujemy te peptydy z chemiczną precyzją, co pozwala nam określić dokładną pozycję każdego pojedynczego budulca.

aby użyć analogii, nasza Precyzyjna konstrukcja chemiczna tworzy „ćwieki” i odpowiadające im „dziury” na cząsteczkach, podobne do klocków Lego. Dwie cząsteczki peptydowe zsyntetyzowane w ten sposób naturalnie wyrównają się tak, że stud i hole spotykają się. To tworzy stabilną strukturę. Udało nam się wykorzystać tę technikę do wytworzenia długich włókien, które – mimo zróżnicowanej mikroskopijnej struktury – silnie przypominają kształtem i składem chemicznym włókna macierzy zewnątrzkomórkowej nerwu.

od probówki do myszy

jak zachowują się komórki nerwowe, gdy mają rosnąć na tej sztucznej macierzy pozakomórkowej? Jak te cechy wzrostu zmieniają się, gdy zmieniamy pierwotnie używane peptydy? Badaliśmy te pytania we współpracy z naszym par tner Bernd Knöll, profesorem w Instytucie Fizjologii Che mistry na Uniwersytecie w Ulm. Wytwarzaliśmy różne struktury peptydowe, osadzaliśmy je na podłożach szklanych i hodowaliśmy na nich komórki nerwowe. Podczas gdy komórki ner ve na niektórych strukturach fibr e ledwo rosły, na innych widzieliśmy szybkie tworzenie aksonów, cienkich wypukłości, które tworzą połączenia z innymi komórkami nerwowymi.

wraz z naszymi kolegami z Uniwersytetu w Ulm wykorzystaliśmy modele zwierzęce do badania struktury włókien, która wspierała najlepszy wzrost komórek nerwowych. Chirurgicznie przecięliśmy nerw twarzowy myszy z jednej strony, który kontroluje ruch jej wąsów. Następnie wzięliśmy peptydy tworzące włókno i wstrzyknęliśmy je do szczeliny w nerwie. Po 18 dniach mysz była w stanie ponownie poruszać wąsami do pewnego stopnia; przewody nerwowe najwyraźniej urosły razem.

ponieważ peptydy użyte w naszych sztucznych włóknach przypominają naturalne białka w macierzy zewnątrzkomórkowej, mamy nadzieję, że podczas procesu gojenia materiał pozostaje na swoim miejscu, a organizm może go z czasem rozbić. Do tej pory udało nam się wykazać, że materiał pozostający w miejscu wstrzyknięcia powoli maleje. Jednak to, czy jest to spowodowane degradacją biologiczną, czy dystrybucją w organizmie, wymaga dalszych badań.

pionierskie właściwości

jak pokazano w eksperymencie laboratoryjnym na myszach, początkowe uszkodzenia traktów nerwowych można naprawić za pomocą naszej sztucznej matrycy. Jednak przed zastosowaniem materiału w zastosowaniach klinicznych konieczna jest dalsza optymalizacja, ponieważ komórki nerwowe na naszym materiale nie rosną jeszcze tak dobrze, jak w macierzy naturalnej. Rosną również w sposób dość nieuporządkowany we wszystkich kierunkach. Naszym następnym krokiem będzie osadzenie w sztucznej matrycy tzw. czynników wzrostu, aby jeszcze bardziej przyspieszyć proces gojenia. Ponadto chcemy zorientować wstrzyknięte struktury włókien, aby pomóc komórkom nerwowym rosnąć w określonym kierunku.

jesteśmy przekonani, że nasza sztuczna macierz pozakomórkowa może stanowić dobrą alternatywę dla skomplikowanej operacji w przypadku drobnych urazów dróg nerwowych. Dalsze badania mogą również prowadzić do metody leczenia nie tylko urazów obwodowego układu nerwowego, ale także ośrodkowego układu nerwowego.