Neuronen-Regeneration

Nanofibrillen als Klettergerüst für Nervenzellen

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Rasterelektronmikroskop-Aufnahme eines Neurons (grün), welches Kontakt mit Nanofibrillen (blau) aufnimmt (Bild: Corinna Schilling)
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Chemiker identifizieren Nanofibrillen aus Peptiden, die bei der Heilung verletzter Nerven des peripheren Nervensystems helfen. Diese faserbildenden Eiweißverbindungen fördern sowohl das Wachstum und die Regeneration der Neuronen als auch deren Anhaftung.

Werden bei einem Verkehrs- oder Arbeitsunfall Nervenfasern durchtrennt, ist die ruhige Hand eines Neurochirurgen gefragt: Die offenliegenden Nervenenden müssen wieder miteinander verbunden werden. Bei der Regeneration könnten auch Biomaterialien helfen. Chemiker der Universität Ulm und des Max Planck Instituts für Polymerforschung identifizieren Nanofibrillen aus Peptiden, die sowohl das Wachstum und die Regeneration der Neuronen als auch deren Anhaftung fördern.

Nanofibrillen bilden eine Art bioaktive Matrix

„Bei diesen Nanofasern handelt es sich um künstlich hergestellte Formen von bestimmten, selbstfaltenden Eiweißstrukturen, die sich selbst zu faserartigen Strukturen organisieren“, erklärt Prof. Tanja Weil. Sie forscht am Institut für Anorganische Chemie I der Universität Ulm und als Direktorin am Max Planck Institut für Polymerforschung in Mainz an bioaktiven Nanofibrillen und deren Anwendungen in der Medizin.

Gemeinsam mit Forschenden des Ulmer Instituts für Physiologische Chemie und der Universität Cambridge ist es nun gelungen, Peptid-Nanofibrillen zu identifizieren, die ein hohes Potenzial für die Regeneration von Neuronen des peripheren Nervensystems haben. „Diese Nanofibrillen bilden eine Art bioaktive Matrix oder Unterlage und dienen den neugebildeten Nervenzellen sozusagen als Gerüst für den neuronalen Lückenschluss“, so Prof. Bernd Knöll vom Institut für Physiologische Chemie, der gemeinsam mit Tanja Weil die Studie koordiniert hat.

Einsatz im Peripheren Nervensystems

Peptidverbindungen, die sich aufgrund ihrer Beschaffenheit und Struktur von selbst zu bestimmten makromolekularen Strukturen formieren, so genannte „Self-assembling peptides“ (SAPs), werden bereits in Gehirn und Rückenmark auf ihr regeneratives Potenzial zur Behandlung von Verletzungen des Zentralen Nervensystems erforscht. Die Ulmer Studie untersucht nun erstmals den Einsatz solcher Biomaterialien bei Verletzungen des peripheren Nervensystems. „Im Gegensatz zu anderen Ansätzen brauchen wir dafür weder spezielle Röhrchen oder Hydrogele. Stattdessen können wir diese faserbildenden Peptidverbindungen direkt in die Wunde einbringen“, so das Ulmer Forscherteam.

Getestet wurden für die Studie bestimmte SAPs mit kurzen Peptidsequenzen und einer speziellen Neigung, sich zu einer so genannten ß-Faltblatt-Struktur zu organisieren. Die so entstehenden Nanofibrillen sind besonders „klebrig“ und sorgen für eine gute Anhaftung an die Nervenzellen. Die dafür künstlich synthetisierten Peptid-Strukturen gelten als biomimetisch, weil sie in Aufbau und Zusammensetzungen bestimmten körpereigenen Eiweißverbindungen ähneln.

Selbstheilungskräfte des Organismus nutzen

Sicherlich werden solche bioaktiven Spezialmaterialien den neurochirurgischen Eingriff nicht ersetzen können. „Aber möglicherweise können diese Peptid-Nanofasern dabei helfen, die Selbstheilungskräfte des Organismus für die Regeneration von mechanischen Nervenschäden besser zu nutzen“, sagt Corinna Schilling. Die Doktorandin aus der Arbeitsgruppe Knöll teilt sich mit Thomas Mack aus der Arbeitsgruppe Weil die Erstautorschaft der Studie.

www.uni-ulm.de

https://doi.org/10.1002/adfm.201809112

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