avbrutna nervkanaler är mycket svåra att behandla. Om skadan hittills bara kan repareras genom komplexa operationer. Vid Max Planck Institute for Polymer Research har vi utvecklat material som stimulerar skadade nerver till tillväxt. Resultat från initiala tester på möss visar att nervkanaler kan regenerera på detta sätt.

Text: Christopher V. Synatschke/Tanja Weil

har du någonsin försökt hålla en penna utan att använda tummen? Då vet du hur svårt det här är. Vad som kan verka som en intressant fingerövning är för många en bitter verklighet. Om nervkanalerna är skadade eller helt avskurna till följd av en trafikolycka eller arbetsskada, kan enskilda lemmar eller till och med hela kroppsdelar bli dumma och kan ofta inte längre flyttas. Tidigare har den enda chansen att återställa sin funktionalitet varit genom operation. Vissa operationer innebär att man tar bort nervsträngar från en annan del av kroppen och sätter tillbaka dem på den skadade platsen. På detta sätt kan de skadade nervändarna växa ihop igen och återställa en viss grad av rörelse till den drabbade delen.

tillväxt kräver struktur

Although nerves may be able to bridge a severed connection, the process is extremely complex and not always framgångsrik. Dessutom omger en ram av proteiner friska nerver, och skadade nervfibrer beror på att denna ram förblir intakt. Men skador skadar ofta inte bara nervkanalen själv utan också denna ram. Denna så kallade extracellulära matris bildar ställningen för nervkanaler. Precis som tomatplantor behöver en trellis, behöver nervceller denna matris att växa tillsammans med. Vid Max Planck Institute for Polymer Research har vi utvecklat ett material bestående av endogena byggstenar, som kan användas för att ersätta denna matris. Och som det visades hjälper den konstgjorda ramen de skadade nerverna att regenerera sig själva. Den naturliga matrisen består av speciella proteiner: långkedjiga molekyler vikta som ullbollar. Ett stort antal av dessa små bollar av ull anpassa sig för att bilda långa fibrer. Dessa olika fibrer bildar en bana-den extracellulära matrisen-som nervcellerna kan låsa på.

Lego-bygga fibrer

för att dessa proteiner ska kunna bildas måste många komplexa biokemiska processer äga rum i kroppen – för komplexa för att återskapas i ett provrör. Vår forskning tar ett annat tillvägagångssätt: även om vi använder samma grundmaterial som utgör den extracellulära matrisen, monterar vi dem i en enklare form. Vi använder kortkedjiga molekyler som kallas peptider, som, liksom proteiner, består av aminosyra byggstenar. Vi producerar dessa peptider med kemisk precision, så att vi kan bestämma den exakta positionen för varje enskild byggsten.

För att använda en analogi skapar vår exakta kemiska design ’ dubbar ’och motsvarande’ hål ’ på molekylerna, liknande Lego tegelstenar. Två peptidmolekyler som syntetiseras på detta sätt kommer naturligt att anpassa sig så att stud och hål möts. Detta skapar sedan en stabil struktur. Vi kunde använda denna teknik för att producera långa fibrer som – trots deras olika mikroskopiska struktur – starkt liknar fibrerna i nervens extracellulära matris i form och kemisk sammansättning.

från provrör till mus

hur beter sig nervceller när de ska växa på denna artificiella extracellulära matris? Hur förändras dessa tillväxtegenskaper när vi ändrar de peptider som ursprungligen användes? Vi undersökte dessa frågor i samarbete med vår par tner Bernd kn Oxill, Professor vid Institutet för fysiologisk Che mistry vid Ulm University. Vi producerade olika peptidstrukturer, deponerade dem på glassubstrat och odlade nervceller på dem. Medan ner ve-cellerna på vissa fibr e-strukturer knappt växte alls, såg vi på andra den snabba bildningen av axoner, tunna utsprång som skapar anslutningarna till andra nervceller.tillsammans med våra kollegor vid Ulm University använde vi sedan djurmodeller för att testa fiberstrukturen som stödde den bästa nervcellstillväxten. Vi avbröt kirurgiskt ansiktsnerven på en mus på ena sidan, som styr rörelsen av dess whiskers. Vi tog sedan de fiberbildande peptiderna och injicerade dem i gapet i nerven. Efter 18 dagar kunde musen flytta sina whiskers igen i viss utsträckning; nervkanalerna hade tydligen vuxit ihop igen.eftersom peptiderna som används av våra konstgjorda fibrer liknar de naturliga proteinerna i den extracellulära matrisen hoppas vi att medan materialet förblir på plats under läkningsprocessen kan kroppen sedan bryta ner det över tiden. Hittills har vi kunnat visa att det material som finns kvar på injektionsstället sakta minskar. Huruvida detta beror på biologisk nedbrytning eller fördelningen i kroppen kräver emellertid ytterligare undersökning.

banbrytande egenskaper

som framgår av laboratorieexperimentet hos möss kan initial skada på nervkanaler repareras med hjälp av vår artificiella matris. Innan materialet används i kliniska tillämpningar krävs dock ytterligare optimering eftersom nervcellerna på vårt material inte växer lika bra än som de gör i den naturliga matrisen. De växer också på ett ganska oordnat sätt i alla riktningar. Vårt nästa steg blir att bädda in så kallade tillväxtfaktorer i den konstgjorda matrisen för att ytterligare påskynda läkningsprocessen. Dessutom vill vi orientera de injicerade fiberstrukturerna för att hjälpa nervcellerna att växa i en specifik riktning.

Vi är övertygade om att vår artificiella extracellulära matris kan utgöra ett bra alternativ till komplex operation för mindre skador på nervkanaler. Ytterligare forskning kan också leda till en metod för att behandla inte bara skador på det perifera nervsystemet utan också till centrala nervsystemet.