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Implantat aus 3-D-Drucker könnte regenerierenden Nerven den Weg bahnen

Dienstag, 15. Januar 2019

3-D-gedrucktes Zwei-Millimeter-Implantat zur Reparatur von Rückenmarksverletzungen bei Ratten /Jacob Koffler and Wei Zhu, UC San Diego

San Diego – Ein Rückenmarkimplantat, das innerhalb von wenigen Minuten mit einem 3-D-Drucker hergestellt werden kann, hat bei Ratten nach einer Querschnittverletzung die Regenerierung von Axonen ermöglicht. Die Ratten haben sich laut dem Bericht in Nature Medicine (2019; doi: 10.1038/s41591-018-0296-z) nach einigen Monaten teilweise von den Lähmungen erholt.

Nervenfasern können sich regenerieren. Nach einer Verletzung wachsen die durchtrennten Axone entlang der Markscheiden zu ihrem alten Ziel. Dies gelingt bei peripheren Nerven häufig. Nach einigen Monaten erholen sich Sensibilität oder Motorik. Bei Rückenmarkverletzungen werden in der Regel auch Leitschienen beschädigt (wobei die anschließende Entzündungsreaktion die Schäden zu vergrößern scheint). Auch die Injektion von Stammzellen ist dann nicht in der Lage, neue Brücken zu bilden.

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Ein Team um Mark Tuszynski von der Universität von Kalifornien in San Diego hofft, dass ein mit zahlreichen Röhren versehenes Implantat die für die Regeneration notwendigen Leitschienen zur Verfügung stellen kann. Die Implantate könnten für jeden Patienten mit einem 3-D-Bioprinter innerhalb weniger Minuten nach Maß hergestellt werden.

Die Prototypen, die die Forscher für ihre Versuche an Ratten hergestellt haben, enthalten zahlreiche Mikrokanäle mit einem Durchmesser von 200 µm über die Länge eines Rückenmarksegments. Da die Fasern im Rückenmark nur in der weißen Substanz verlaufen, wurde der innere graue Kern, der die Nervenzellen für die Rückenmark­reflexe enthält, vollständig aus Kunststoff hergestellt. Durch die Implantation werden damit zwar einige Funktionen auf der Ebene des Implantates geopfert. Dafür bietet das Implantat aber die Chance, dass sich die Axone regenerieren.

Die Forscher haben das Implantat an Ratten erprobt. Bei den Tieren wurde in einer Operation ein Segment des Rückenmarks (auf Ebene Th 3) entfernt und durch ein Implantat ersetzt. Dieses Implantat bestand in einer Kontrollgruppe aus Aragose-Gel, das keine Regeneration erlaubt. Bei den anderen Tieren enthielt das Implantat die vorgesehenen Röhren. Bei einigen Tieren wurden die Röhren mit Stammzellen besiedelt. Hier wurden offenbar die besten Ergebnisse erzielt.

Laut Tuszynski wuchsen die Axone in Richtung der Stammzellen, zu denen sie Synapsen ausbildeten. Die Stammzellen wiederum entwickelten sich zu Nervenzellen, die jeweils ein Axon zur nächsten Relaisstation schickten. In die Implantate wuchsen laut Tuszynski auch Blutgefäße ein, sodass die Nervenfasern ausreichend mit Nährstoffen und Sauerstoff versorgt waren. Die Implantate bildeten sich langsam zurück. Langfristig könnten sie aus vollständig abbaubaren Materialien hergestellt werden.

Nach 6 Monaten hatte sich die motorische Funktion der Hinterläufe, die nach der Operation zunächst gelähmt waren, signifikant verbessert, berichtet Tuszynski. Im nächsten Schritt wollen die Forscher Experimente an größeren Tieren durchführen. Dabei sollen die Implantate mit Proteinen versehen werden, um die Regeneration weiter zu verbessern. Klinische Studien sind derzeit noch nicht geplant. © rme/aerzteblatt.de

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