Wissenschaftler regenerieren Neuronen, die bei Mäusen nach einer Lähmung aufgrund einer Rückenmarksverletzung das Gehen wiederherstellen

In einer 2018 in Nature veröffentlichten Studie identifizierte das Team einen Behandlungsansatz, der Axone, die winzigen Fasern, die Nervenzellen verbinden und ihnen die Kommunikation ermöglichen, nach einer Rückenmarksverletzung bei Nagetieren zum Nachwachsen anregt. Doch auch wenn dieser Ansatz erfolgreich zur Regeneration von Axonen bei schweren Rückenmarksläsionen führte, blieb die funktionelle Wiederherstellung eine große Herausforderung.

Für die neue Studie, die diese Woche in Science veröffentlicht wurde, wollte das Team herausfinden, ob die Lenkung der Regeneration von Axonen aus bestimmten neuronalen Subpopulationen zu ihren natürlichen Zielregionen zu einer sinnvollen funktionellen Wiederherstellung nach einer Rückenmarksverletzung bei Mäusen führen könnte. Sie verwendeten zunächst eine fortgeschrittene genetische Analyse, um Nervenzellgruppen zu identifizieren, die eine Verbesserung des Gehens nach einer teilweisen Rückenmarksverletzung ermöglichen.

Die Forscher fanden dann heraus, dass die bloße Regeneration von Axonen aus diesen Nervenzellen über die Rückenmarksläsion ohne spezifische Anleitung keinen Einfluss auf die funktionelle Wiederherstellung hatte. Als die Strategie jedoch verfeinert wurde, um die Verwendung chemischer Signale einzubeziehen, um diese Axone anzuziehen und ihre Regeneration zu ihrer natürlichen Zielregion im lumbalen Rückenmark zu lenken, wurden in einem Mausmodell mit vollständiger Rückenmarksverletzung signifikante Verbesserungen der Gehfähigkeit beobachtet.

„Unsere Studie liefert entscheidende Einblicke in die Feinheiten der Axonregeneration und die Anforderungen für die funktionelle Erholung nach Rückenmarksverletzungen“, sagte Dr. Michael Sofroniew, Professor für Neurobiologie an der David Geffen School of Medicine der UCLA und leitender Autor der neuen Studie Studie. „Es unterstreicht die Notwendigkeit, Axone nicht nur über Läsionen hinweg zu regenerieren, sondern sie auch aktiv dabei zu unterstützen, ihre natürlichen Zielregionen zu erreichen, um eine sinnvolle neurologische Wiederherstellung zu erreichen.“

Die Autoren sagen, dass die Wiederherstellung der Projektionen spezifischer neuronaler Subpopulationen auf ihre natürlichen Zielregionen ein großes Versprechen für die Entwicklung von Therapien zur Wiederherstellung neurologischer Funktionen bei größeren Tieren und Menschen darstellt. Die Forscher erkennen jedoch auch die Komplexität der Förderung der Regeneration über längere Distanzen bei Nicht-Nagetieren an, was Strategien mit komplizierten räumlichen und zeitlichen Merkmalen erfordert. Dennoch kommen sie zu dem Schluss, dass die Anwendung der in ihrer Arbeit dargelegten Prinzipien „den Rahmen für eine sinnvolle Reparatur des verletzten Rückenmarks freisetzen und die Reparatur nach anderen Formen von Verletzungen und Erkrankungen des Zentralnervensystems beschleunigen kann“.

Zum Forschungsteam gehörten Wissenschaftler des NeuroX Institute, School of Life Sciences, Eidgenössische Technische Hochschule (EPFL); die Abteilung für Neurochirurgie des Universitätsspitals Lausanne (CHUV) und der Universität Lausanne (UNIL), Zentrum für interventionelle Neurotherapien (NeuroRestore); Wyss Center for Bio and Neuroengineering; Abteilung für klinische Neurowissenschaften, Universitätsspital Lausanne (CHUV) und Universität Lausanne; Abteilungen für Bioingenieurwesen, Chemie und Biochemie, University of California, Los Angeles; Bertarelli-Plattform für Gentherapie, Eidgenössische Technische Hochschule; Brain Mind Institute, School of Life Sciences, Eidgenössische Technische Hochschule; M. Kirby Neurobiology Center, Abteilung für Neurologie, Boston Children's Hospital, Harvard Medical School, Boston; Abteilung für Neurobiologie, David Geffen School of Medicine, University of California, Los Angeles.

Diese Arbeit wurde unterstützt von der Defitech Foundation, Wings for Life, Riders4Riders, Wyss Center for Bio and Neuroengineering, Schweizerischer Nationalfonds (PZ00P3_185728 an M.A.A. und PZ00P3_208988 an J.W.S.); die Morton Cure Paralysis Foundation (zu M.A.A.); die ALARME Foundation (zu M.A.A. und G.C); die Dr. Miriam und Sheldon G. Adelson Medical Foundation (an M.V.S., Z.H. und T.J.D.); Wings for Life (M.A.A., M.V.S., M.A.S. und M.M.); Holcim-Stiftung (an J.W.S.); und die Canadian Institutes for Health Research (an J.W.S.). Wir danken J. Ravier und M. Burri für die Illustrationen sowie L. Batti und I. Gantar vom Advanced Lightsheet Imaging Center (ALICe) am Wyss Center for Bio and Neuroengineering, Genf. Finanzierung: Diese Arbeit wurde teilweise durch die Ressourcen und Dienste der Gene Expression Core Facility und der Bertarelli-Plattform für Gentherapie an der Fakultät für Biowissenschaften der EPFL unterstützt.