Neuer Stammzell-Ansatz führt zu Nervenzellen in Parkinson-Studie
Ihre Studie „Extracellular Nanomatrix-Induced Self-Organization of Neural Stem Cells into Miniature Substantia Nigra-Like Structures with Therapeutic Effects on Parkinsonian Rats“ wurde in der Zeitschrift Advanced Science veröffentlicht.
Parkinson ist gekennzeichnet durch den allmählichen Verlust von Dopamin produzierenden Nervenzellen in der Substantia Nigra, einer für die Bewegungskontrolle verantwortlichen Hirnregion.
Die Stammzellentherapie – bei der Stammzellen gezüchtet und in bestimmte Zelltypen differenziert werden – gehört zu den vielversprechendsten Behandlungsmethoden zur Heilung von Parkinson, da sie dopaminerge Nervenzellen ersetzen kann, die im Verlauf der Krankheit verloren gehen.
Dieses Potenzial wird jedoch durch eine Reihe technischer Herausforderungen behindert, darunter die Art und die große Zahl der benötigten Materialien (z.B.,
Die Verwendung von Wachstumsfaktoren zur Förderung der Stammzelldifferenzierung ist besonders problematisch, da diese Faktoren auch das Wachstum von Krebszellen nach einer Transplantation stimulieren können.
„Gegenwärtig fehlt eine wirksame Methode, um die schnelle und spezifische Differenzierung von Stammzellen zu induzieren, ohne dass herkömmliche Wachstumsfaktoren eingesetzt werden. Eine solche Methode wird dringend benötigt, um die Entwicklung von Therapien zu ermöglichen, die letztendlich zur Heilung von Morbus Parkinson führen könnten“, schreiben die Forscher.
Ein Team der Hong Kong Baptist University (HKBU) hat ein spezielles Matrixmaterial entwickelt, das das Wachstum und die Differenzierung von Nervenzellvorläufern in Miniatur-Substantia-Nigra-ähnliche Strukturen (Mini-SNLS) stimulieren kann. Diese Mini-SNLS enthalten die Dopamin-produzierenden Nervenzellen, die bei Parkinson verloren gehen.
Ihre neue Nanomatrix erfordert nicht, dass Stammzellen mit Wachstumsfaktoren stimuliert werden, um sie zur Differenzierung in Dopamin-produzierende Nervenzellen zu bewegen.
Die Nanomatrix verwendet stattdessen Billionen von biokompatiblen Siliziumdioxid-„Nanozigzag“-Strukturen auf ihrer Oberfläche, um Stammzellen zu stimulieren und ihre Differenzierung zu fördern.
„Wenn die neuralen Stammzellen in vitro in physischen Kontakt mit unserer maßgeschneiderten Nanozigzag-Matrix kommen, kann die ‚physische Massage‘ die Zellen dazu veranlassen, sich schnell in die gewünschten dopaminergen Neuronen zu differenzieren“, sagte Jeffery Huang Zhifeng, außerordentlicher Professor der Abteilung für Physik an der HKBU und Mitautor der Studie, in einer Pressemitteilung.
„Eine selbstorganisierte Mini-Gehirn-ähnliche Struktur kann in nur zwei Wochen entwickelt werden, wobei das Risiko der Karzinogenese erheblich reduziert wird“, fügte Zhifeng hinzu.
Nach der Erzeugung von Mini-SNLSs mit der neuen Nanomatrix testeten die Forscher deren Funktionalität und therapeutisches Potenzial in einem Rattenmodell für Parkinson.
Sie transplantierten die von ihnen erzeugten Mini-SNLS in das Gehirn von Tieren, deren schwere motorische Beeinträchtigungen denen von Parkinson nachempfunden waren.
Acht Wochen später zeigten alle transplantierten Tiere fortschreitende Verbesserungen ihrer motorischen Fähigkeiten. Nach 18 Wochen stellten die Forscher fest, dass sich neu differenzierte, Dopamin produzierende Nervenzellen um die Transplantationsstelle herum auszubreiten begannen und die Zellen ersetzten, die die Tiere im Verlauf der Krankheit verloren hatten.
In der Studie wurde darauf hingewiesen, dass bei früheren Arbeiten mit Stammzellen in Parkinson-Tiermodellen erste Anzeichen für eine Besserung 16 Wochen nach der Transplantation zu sehen waren, während „die Verbesserung der motorischen Symptome zu einem viel früheren Zeitpunkt nach der Transplantation von Neuronen aus den Mini-SNLS einsetzte.“
Nach der Transplantation wurden bei keinem der Tiere Anzeichen für Krebs oder Tumorbildung gefunden. Ratten in diesem Modell, die keine Transplantation erhielten und als Kontrollen verwendet wurden, zeigten keine Anzeichen einer motorischen Verbesserung.
„Die Ergebnisse zeigten, dass diese Mini-Gehirn-ähnlichen Strukturen ein ausgezeichnetes Überleben und eine ausgezeichnete Funktionalität in den Gehirnen von Ratten aufwiesen und zu einer frühen und progressiven Verbesserung der Parkinson-Krankheit bei Ratten in vivo führten. Dies legt den Grundstein für die Erforschung von Stammzelltherapien, die letztendlich die Parkinson-Krankheit heilen könnten“, so Zhifeng.
Diese Nanomatrix kann dazu verwendet werden, Stammzellen in andere Zelltypen zu differenzieren, indem die Steifigkeit, Dichte und Struktur der Nanozigzags auf ihrer Oberfläche verändert wird, so das Team weiter. Und sie könnte bei der Entwicklung von Behandlungen für andere unheilbare Krankheiten wie Alzheimer und einige Krebsarten helfen.
- Autorendetails
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