Gerüst aus Nanofasern hilft durchtrennten Nervenbahnen bei der Regeneration Biomaterial kurbelt Nervenheilung an - scinexx | Das Wissensmagazin
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Gerüst aus Nanofasern hilft durchtrennten Nervenbahnen bei der Regeneration

Biomaterial kurbelt Nervenheilung an

Nervenheilung
Auf dem Bionetzwerk (blau) können Nervenzellen (grün) haften und besser wachsen. © MPI-P, Lizenz CC-BY-SA

Heilungsfördernde Spritze: Forscher haben ein Biomaterial entwickelt, das die Heilung geschädigter Nervenfasern unterstützt. Ihre Flüssigkeit mit Nanofasern aus Peptidketten kann in Wunden injiziert werden und dort als stabilisierendes Gerüst für nachwachsende Zellen dienen. Bei Mäusen regenerierten sich durchtrennte Gesichtsnerven dank dieser Stützstruktur erheblich schneller, wie Experimente zeigten. Dies weckt neue Hoffnung für die Behandlung schlecht heilender Nervenschäden auch beim Menschen.

Durch Unfälle oder Entzündungen können unsere peripheren Nerven empfindlich geschädigt werden. Sind diese den gesamten Körper durchziehenden Leitungsbahnen verletzt, bekommen wir dies deutlich zu spüren. Die betroffenen Körperregionen kribbeln unangenehm, sind taub oder gar von Lähmungserscheinungen betroffen. Anders als die Nerven in Gehirn und Rückenmark besitzen periphere Nerven glücklicherweise die Fähigkeit, sich bis zu einem gewissen Grad zu regenerieren.

Die Heilungschance hängt allerdings stark davon ab, ob die Nervenbahnen noch teilweise verbunden sind und wie groß eine möglicherweise entstandene Lücke zwischen zwei Nervenenden ist. Bei Lücken im Bereich von Millimetern bis Zentimetern versuchen Mediziner den oft langwierigen Regenerationsprozess daher operativ zu unterstützen: Sie nähen getrennte Nervenenden zusammen, damit die verbleibende kleine Lücke durch die Bildung von Zellen durch den Körper besser geschlossen werden kann.

Gerüst für Nervenzellen

Eine weniger aufwändige Methode, um die Heilung von Nervenschäden zu fördern, haben nun Corinna Schilling von der Universität Ulm und ihre Kollegen getestet. Die Forscher entwickelten eine Flüssigkeit mit sogenannten Nanofasern, die durch einfaches Spritzen in Wunden eingebracht werden kann. Das Prinzip dahinter: Die in Wasser gelösten Molekülstränge aus Peptiden können als Gerüst und Haftgrund für körpereigene Zellen dienen und ihnen so beim Wachsen helfen.

„Man kann sich dieses Bionetzwerk ähnlich wie ein Rankgitter für Tomatenpflanzen vorstellen“, erklärt Mitautor Christopher Synatschke vom Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Mainz. „Ohne Gitter können die Pflanzen nicht in die Höhe wachsen.“ Doch welche Art von Gitter unterstützt die Nervenheilung am besten und ist gleichzeitig für den Körper gut verträglich?

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„Die Kluft überbrücken“

Um dies herauszufinden, stellten die Wissenschaftler zunächst eine Reihe von unterschiedlichen Nanofasern her. Mithilfe molekularer Analysen und einem computergestützten Algorithmus fahndeten sie dann nach Merkmalen in der Molekülstruktur, die sich für die Regeneration von Nervenzellen besonders zu eignen schienen. Die auf diese Weise identifizierten Kandidaten wurden anschließend in Zelltests eingehend auf ihre Fähigkeit untersucht, das neuronale Wachstum zu unterstützen.

„Wir haben – übertragen auf Tomatenpflanzen – ein Gitter ausgewählt, an dem die Pflanze besonders gut haften kann. In einem miniaturisierten Maßstab hilft unser Material den Nervenzellen, die Kluft zwischen zwei Nervenenden zu überbrücken“, berichtet Synatschke.

Erste Tests mit Mäusen

Weitere Untersuchungen mussten nun zeigen, ob das neue Biomaterial auch den Praxistest am lebenden Organismus besteht. Zu diesem Zweck führten die Forscher bei Mäusen einen minimalen chirurgischen Eingriff durch. Dabei durchtrennten sie jenen Gesichtsnerv, der bei den Nagern den für die Schnurrhaare zuständigen Muskel steuert. Einem Teil dieser Tiere spritzte das Team anschließend die Nanofaser-Lösung: Würde ihre Nervenverletzung schneller verheilen als bei nicht behandelten Artgenossen?

Das Ergebnis: Die Wissenschaftler konnten nachweisen, dass das Biomaterial bis zu drei Wochen am Verletzungsort blieb, bevor es vom Körper abgebaut wurde – und tatsächlich schienen die behandelten Mäuse davon zu profitieren. Sie konnten ihre Schnurrhaare schneller wieder normal bewegen als die Tiere aus der Kontrollgruppe, wie Schilling und ihre Kollegen berichten.

Einsatz beim Menschen im Blick

In Zukunft gilt es nun herauszufinden, ob ein solches Bionetzwerk-Gerüst auch beim Menschen die Heilung von Nervenschädigungen fördern könnte. Bestätigt sich dies, könnte diese Methode eine wirksame Ergänzung im Therapierepertoire sein und operative Eingriffe in vielen Fällen sogar überflüssig machen, so die Hoffnung.

Um dieses Ziel zu erreichen, arbeiten die Forscher bereits an einer Optimierung ihres Biomaterials: „In Zukunft wäre es denkbar, die Peptidketten so zu funktionalisieren, dass zusätzlich zu der Gerüststruktur noch zellwachstumsfördernde Moleküle in das Biomaterial eingebracht werden können, um so das Heilungspotential noch weiter zu erhöhen“, schreiben sie in einer Mitteilung. (Advanced Functional Materials, 2019; doi: 10.1002/adfm.201809112)

Quelle: Max-Planck-Institut für Polymerforschung

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