Vittoria Raffa und Nathan Sniadecki, Università di Pisa, Department of Biology und University of Washington, Department of Mechanical Engineering, Pisa und Washington, Italien und USA

Mechanotransduktion in Nervenzellen: eine zukünftige Strategie für die Regeneration nach Rückenmarksverletzung

Gefördert in: 2017, 2018, 2019


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Problem: Axone von Nervenzellen im Rückenmark regenerieren nicht.

Angriffspunkt: Signalwege in Nervenzellen, die mechanisch aktiviert werden können

Ziel: Eine verbesserte Regeneration von Nervenfasern

 

Wenn der menschliche Körper oder der von großen Tieren wächst, nimmt der Abstand zwischen den Zellkörpern der Nervenzellen und deren Zielstrukturen in der Köperperipherie zu, was dazu führt, dass das Axon während des Wachstum unter Spannung gerät und gedehnt wird. 1941 stellte Paul Weiss das erste Mal die These auf, dass die Zugkraft durch die Dehnung für das Axon ein Signal für das Längenwachstum darstellen könnte. Heute ist es weitgehend anerkannt, dass mechanische Kraft ausreichend ist, sowohl das Auswachsen eines Nervenfortsatzes neu auszulösen, als auch axonales Wachstum und Regeneration einzuleiten. Durch mechanischen Zug ausgelöstes axonales Wachstum ist wahrscheinlich der bemerkenswerteste, bisher beschriebene Mechanismus für die Verlängerung von (peripheren) Nerven, diese kann bis zu 1cm/Tag betragen (10-fach schneller als die spontane Regeneration).

Überraschenderweise ist nur wenig bis nichts über die molekularen Signalwege, die durch die mechanischen Kräfte aktiviert werden, bekannt und es wurden auch keine praktischen Anwendungen dazu bisher vorgestellt. Das Projekt will nun Erkenntnisse über diese molekularen Mechanismen gewinnen und sie in eine regenerative Strategie für Rückenmarksverletzung umsetzen. Um Zugkräfte auf die Axone auszuüben, soll die magnetische Mikroplattentechnologie verwendet werden, mittels derer man kleine mechanische Kräfte mit großer Präzision und Genauigkeit ausüben kann. Die Studie wird an einem in-vitro Modell für Nervenregeneration durchgeführt, das die biomechanischen Vorgänge rekapituliert, die beim Auswachsen von Nerven vom zentralen Nervensystem (Rückenmark) bis zur Peripherie (z.B. Ischiasnerv) auftreten. Die molekularen Signalwege, die durch die mechanische Kraft aktiviert werden, werden mit Hilfe von Hochdurchsatzverfahren untersucht. Das Ergebnis muss in einem Modell für axonales Wachstum überprüft werden, die Bestätigung als therapeutischer Angriffspunkt wäre eine wichtige Entdeckung.

Eine mögliche Anwendung in der Neurochirurgie zur zielgerichteten und besseren Axonregeneration in der Zukunft könnte, den Traum von der Re-innervierung nach Verletzung oder Krankheit wahrmachen.