Ein bisschen Science-Ficton

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Ein bisschen Science-Fiction gefällig? 
3D-gedrucktes Gewebe könnte zur Behandlung von neurodegenerativen Erkrankungen, Gehirn- und Rückenmarksverletzungen eingesetzt werden!

Den Forschern der Northwestern University gelang die Entdeckung eines neuen, druckbaren Biomaterials, das die Eigenschaften von Hirngewebe nachahmen kann. Sie sind so einer Plattform näher gekommen, mit der diese Erkrankungen durch regenerative Medizin behandelt werden können.

Wesentlich ist die Entdeckung, dass Selbstorganisationsprozesse der Moleküle innerhalb des Materials kontrolliert werden können, was ermöglicht, Struktur und Funktion bis in den Bereich sichtbarer Merkmale hinaufskalieren zu können.

In einer 2018 in Science veröffentlichten Arbeit zeigte Samuel Stupp, dass Materialien mit hochdynamischen Molekülen entworfen werden können, die wiederum so programmiert sind, dass sie über lange Strecken wandern und sich selbst organisieren. Daraus ergeben sich größere Bündel von Nanofasern. Jetzt hat die Forschergruppe um Stupp gezeigt, dass diese Strukturen das Wachstum von Neuronen fördern können. Das ist wiederum eine sehr wichtige Erkenntnis für die Behandlung von neurodegenerativen Erkrankungen wie Parkinson und Alzheimer, aber auch für die Behandlung von Rückenmarksverletzungen.

 

 

 

Um das Material herzustellen, mischen die Forscher zwei Flüssigkeiten, die das Schlüssel-Schloss-System zwischen Proteinen imitieren, schnell starr werden und sich zu Überstrukturen zusammenschließen. Die Molekülen legen dabei beachtliche Strecken zurück, um sich zu seilartigen Bündeln zu organisieren. Während des Organisationsprozesses öffnen sich darüber hinaus Poren, in die Zellen eindringen, bioaktiv interagieren und integriert werden können,

 

Auch wenn die mechanischen Kräfte des 3D-Drucks die Überstrukturen stören und das Material zu fließen beginnt, geht die Reorganisation rasch von statten. Das ermöglicht den Druck von Strukturen mit unterschiedlichen Schichten, die verschiedene Arten von Nervenzellen beherbergen, um deren Interaktionen zu untersuchen.

Wie kann nun die entstandene Superstruktur mit den bioaktiven Eigenschaften nützlich sein? Nun, Neuronen werden durch das Protein BDNF (brain-derived neurotrophic factor) stimuliert und es sorgt dabei für neue synaptische Verbindungen. BDNF wird aber schnell abgebaut und ist teuer in der Herstellung, ist also ungeeignet für eine Therapie.

Hier könnte aber das neue Material helfen, denn eines der Moleküle integriert eine Nachahmung des BDNF, und Neuronen besiedeln es aktiv, wenn das mimetische Signal vorhanden ist. Hier denkt man nun, dass dies eine Umgebung schaffen könnte, in der aus Stammzellen des Patienten hervorgegangene Neuronen reifen könnten, die dann transplantiert werden. Und man denkt auch schon viel weiter: auch andere Bereiche der regenerativen Medizin könnten mit verschiedenen, chemischen Veränderungen des Materials beschritten werden. Man denkt zum Beispiel an Knorpel- oder Herzgewebe.

 

Viel spannende Forschung bahnt sich hier an!DSC09062

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