Spanischen Wissenschaftlern gelingt es das komplett durchtrennte Rückenmark einer Ratte mit Hilfe von Graphenschäumen wieder zu verbinden

Ein Team des Instituts für Materialwissenschaften in Madrid (ICMM-CSIC) hat in enger Zusammenarbeit mit Forschern des Nationalen Krankenhauses für Querschnittgelähmte erfolgreich ein Rückenmark in einem Rattenmodell wiederhergestellt, das auf thorakaler Ebene vollständig durchtrennt war. Für die Wiederverbindung wurde ein dreidimensionaler Schaum verwendet, der aus reduziertem Graphenoxid hergestellt wurde.

Die Ergebnisse dieser Arbeit, die kürzlich in der Fachzeitschrift Bioactive Materials veröffentlicht wurden, zeigen das vielversprechende Potenzial dieses Materials zur Behandlung von Rückenmarksverletzungen. Darüber hinaus eröffnet es neue Forschungsansätze zur Heilung von querschnittsgelähmten Patienten in verschiedenen Krankheitsstadien, so das Team.

Bei Rückenmarksverletzungen kommt es in der Regel nicht zu einer vollständigen Durchtrennung; vielmehr sind oft nur bestimmte Abschnitte auf einer oder mehreren Ebenen der Rückenmarksverlängerung betroffen. Dennoch hat das Forschungsteam versucht zu demonstrieren, dass dieses Material die Wiederverbindung von Nervengewebe selbst bei vollständigen Verletzungen verbessern kann.

Conchi Serrano, Forscherin am ICMM-CSIC und eine der Hauptautoren der Studie, erklärt: “Unser Team hat bereits gezeigt, dass diese Schäume ein pro-reparatives Milieu im Rückenmark der Ratte schaffen. Wir wollten jedoch auch die Auswirkungen einer größeren Läsion und veränderter Wirbelsäulenhöhe untersuchen, und es ist uns gelungen, die Ergebnisse erfolgreich zu replizieren.”

Die Gruppe hat einen Schaum, auch als Gerüst bezeichnet, aus reduziertem Graphenoxid entwickelt. “Dieser wird bei 220 °C wärmebehandelt, um überschüssige Sauerstoffgruppen zu entfernen und die chemischen Bindungen zwischen den Schichten zu verstärken, was zu einer höheren mechanischen Stabilität führt”, erklärt Serrano, die seit über einem Jahrzehnt an diesem Material für die neuronale Regeneration forscht.

Durch das Einsetzen des Gerüsts in das Rückenmark – in diesem Fall in ein Rattenmodell, bei dem das Rückenmark auf Brusthöhe vollständig durchtrennt wurde – entsteht eine große Anzahl von Blutgefäßen, die für die Ernährung des neuen Gewebes unerlässlich sind, sowie Neuriten, die als Verbindungsfilamente zwischen Neuronen fungieren.

Die Forscher beobachteten, dass die überlebenden Neuronen in der Umgebung der Läsion ihre Fortsätze durch das Gerüst projizieren und in dessen vollständige dreidimensionale Struktur eindringen. Diese Entwicklung verbessert sich im Verlauf der Zeit: Die Ergebnisse sind nach 10 Tagen nach der Implantation erkennbar, werden jedoch nach vier Monaten deutlich ausgeprägter. “Unsere reduzierten Graphenoxid-Gerüste fördern das Wachstum von häufigeren und größeren Blutgefäßen sowie längeren Neuriten, die zudem gleichmäßiger im Läsionsbereich verteilt sind”, freut sich Serrano.

Darüber hinaus führten sie elektrophysiologische Aufzeichnungen durch, um die Reaktion des Gehirns zu beobachten, wenn das Rückenmark unterhalb des geschädigten Bereichs stimuliert wird. Die Ergebnisse sind vielversprechend: “Wir haben eine Reaktion im Gehirn aufgezeichnet, was bedeutet, dass nicht nur neuronales Gewebe das Gerüst durchquert, sondern auch eine Wiederverbindung mit dem Gehirn stattfindet.”

Konkret zeigt sich diese Reaktion in der retikulären Formation, einem Bereich, der für die Motorik von großer funktioneller Bedeutung ist. Diese Arbeit ist Teil des Projekts Piezo4Spine, das von der Europäischen Union im Rahmen des Pathfinder-Programms finanziert wird und darauf abzielt, Rückenmarksverletzungen mithilfe von Nanotechnologie zu heilen. Zu diesem Zweck werden auch Nanomedikamente entwickelt, die in der nächsten Phase dieser Forschung in das Gerüst integriert werden, um die vielversprechenden regenerativen Erkenntnisse weiter zu fördern.

Bild: CSIC