Lähmung bei kompletten Rückenmarksverletzungen rückgängig machen
Wenn das Rückenmark von Mäusen und Menschen teilweise geschädigt wird, folgt auf die anfängliche Lähmung eine weitgehende, spontane Erholung der motorischen Funktionen. Nach einer vollständigen Rückenmarksverletzung findet diese natürliche Reparatur des Rückenmarks jedoch nicht statt, und es kommt zu keiner Erholung. Für eine sinnvolle Erholung nach schweren Verletzungen sind Strategien erforderlich, die die Regeneration von Nervenfasern fördern, aber die Voraussetzungen für eine erfolgreiche Wiederherstellung der motorischen Funktion durch diese Strategien waren bisher nicht bekannt.
«Vor fünf Jahren haben wir gezeigt, dass Nervenfasern bei anatomisch vollständigen Rückenmarksverletzungen regeneriert werden können», sagt Mark Anderson, einer der Hauptautoren der Studie, «aber wir haben auch festgestellt, dass dies nicht ausreichte, um die motorische Funktion wiederherzustellen, da die neuen Fasern sich nicht mit den richtigen Stellen auf der anderen Seite der Läsion verbanden.» Anderson ist der Direktor für die Regeneration des zentralen Nervensystems bei .NeuroRestore und Wissenschaftler am Wyss Center for Bio and Neuroengineering.
In Zusammenarbeit mit Kolleginnen und Kollegen der UCLA und der Harvard Medical School nutzten die Forschenden hochmoderne Geräte auf dem Campus Biotech der EPFL in Genf, um eingehende Analysen durchzuführen und festzustellen, welche Art von Neuronen an der natürlichen Reparatur des Rückenmarks nach einer partiellen Rückenmarksverletzung beteiligt ist. «Unsere Beobachtungen mit Hilfe der Einzelzellkern-RNA-Sequenzierung haben nicht nur die spezifischen Axone aufgedeckt, die sich regenerieren müssen, sondern auch gezeigt, dass diese Axone sich wieder mit ihren natürlichen Zielen verbinden müssen, um die motorische Funktion wiederherzustellen», sagt Jordan Squair, Erstautor der Studie. Die Ergebnisse des Teams erscheinenin Science in der Ausgabe vom 22. September 2023.
Hin zu einer Kombination von Ansätzen
Ihre Entdeckung bildete die Grundlage für die Entwicklung einer mehrstufigen Gentherapie. Die Forschenden aktivierten Wachstumsprogramme in den identifizierten Neuronen in Mäusen, um deren Nervenfasern zu regenerieren, regulierten spezifische Proteine, um das Wachstum der Neuronen durch den Läsionskern zu unterstützen, und verabreichten Leitmoleküle, um die regenerierenden Nervenfasern zu ihren natürlichen Zielen unterhalb der Verletzung zu locken. «Wir haben uns von der Natur inspirieren lassen, als wir eine therapeutische Strategie entwickelten, die die Reparaturmechanismen des Rückenmarks, die spontan nach Teilverletzungen auftreten, nachahmt», sagt Squair.
Mäuse mit anatomisch vollständigen Rückenmarksverletzungen erlangten die Fähigkeit zu gehen wieder und zeigten Gangmuster, die denen ähnelten, die bei Mäusen gemessen wurden, die nach Teilverletzungen wieder auf natürliche Weise gehen konnten. «Wir erwarten, dass unsere Gentherapie synergetisch mit unseren anderen Verfahren zur elektrischen Stimulation des Rückenmarks wirken wird», sagt Grégoire Courtine, einer der Hauptautoren der Studie, der auch, zusammen mit Jocelyne Bloch, Leiter von .NeuroRestore ist. «Wir glauben, dass eine vollständige Lösung für die Behandlung von Rückenmarksverletzungen beide Ansätze erfordert – Gentherapie, um relevante Nervenfasern nachwachsen zu lassen, und die Rückenmarkstimulation, damit diese Fasern wie auch das Rückenmark unterhalb der Verletzung Bewegungen erzeugen können.»
Obwohl noch viele Hindernisse zu überwinden sind, bevor diese Gentherapie beim Menschen angewandt werden kann, haben die Forschenden die ersten Schritte zur Entwicklung der Technologie unternommen, die notwendig ist, um diese Leistung in den kommenden Jahren zu vollbringen.
