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Biologisch abbaubare Mikrokapseln liefern Nervenwachstumsfaktor für das Wachstum neuer Neuronen

Biologisch abbaubare Mikrokapseln liefern Nervenwachstumsfaktor für das Wachstum neuer Neuronen
  • Neu entwickelte biologisch abbaubare Mikrokapseln fördern die Entwicklung neuer Neuronen in der Hippocampus-Region des Gehirns.

  • Die Kapseln liefern den Nervenwachstumsfaktor (NGF), ein Peptid, das für das Neuronenwachstum benötigt wird.  

  • Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass die Zufuhr von Nervenwachstumsfaktoren zum Gehirn von Menschen mit neurodegenerativen Erkrankungen in der Praxis schwierig umzusetzen ist. Die Mikrokapseln dieser Studie liefern NGF direkt an den benötigten Ort.

  • Die Verabreichung von NGF auf diese Weise an Hippocampus-Neuronen von Ratten steigerte das neuronale Wachstum, verstärkte die Neuritenverzweigung zur Bildung neuer Axone und Dendriten (die funktionellen Elemente eines Neurons) und bildete funktionelle Synapsen.

  • Bei einer Anwendung auf den Menschen könnte dies viele Fälle von Neurodegeneration rückgängig machen.

Dieser Artikel wurde in den Nachrichten des Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech) veröffentlicht: 

Forscher von Skoltech und ihre Kollegen haben in einem In-vitro-Experiment gezeigt, dass nanotechnisch hergestellte, biologisch abbaubare Mikrokapseln die Entwicklung von Hippocampus-Neuronen steuern können. Die Mikrokapseln liefern den Nervenwachstumsfaktor, ein Peptid, das für das Neuronenwachstum notwendig ist. Der Artikel, der diese Arbeit beschreibt, wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Pharmazie.

Viele neurodegenerative Erkrankungen, die zu schweren Störungen führen können, sind mit einem Mangel an Wachstumsfaktoren im Gehirn verbunden – Neuropeptiden, die das Wachstum, die Vermehrung und das Überleben von Neuronen unterstützen. Einige klinische Studien zu Alzheimer- und Parkinson-Erkrankungen haben gezeigt, dass die Abgabe dieser Wachstumsfaktoren an bestimmte degenerierende Neuronen eine therapeutische Wirkung haben kann. In der Praxis ist dies jedoch eher schwierig umzusetzen; Bei systemischer Einnahme können sie als typisches Medikament Schwierigkeiten beim Durchdringen der Blut-Hirn-Schranke und schwere Nebenwirkungen haben. Und die Verwendung von Viren zu ihrer Übertragung als eine Form der Gentherapie bedeutet, dass man die Behandlung nicht einfach abbrechen kann, wenn sie einmal begonnen hat, was ebenfalls zu Sicherheitsbedenken führt.

Olga Sindeeva und Gleb Sukhorukov von Skoltech und der Queen Mary University of London beschlossen zusammen mit ihren Kollegen, eine gezielte Abgabe in Form von Mikrokapseln mit einer durchschnittlichen Größe von 2 bis 3 Mikrometern zu versuchen, um eines dieser Neuropeptide, den Nervenwachstumsfaktor, zu transportieren ( NGF) direkt an den benötigten Ort. Um die Kapseln herzustellen, verwendete das Team Poly-L-Arginin und Dextran sowie die Schicht-für-Schicht-Technik, bei der sehr dünne Filme, wie der Name schon sagt, Schicht für Schicht abgeschieden werden, um eine Kapsel zu bilden. Frühere Studien zeigten, dass diese Kapseln biokompatibel sind und sowohl in Gewebeschnitten als auch bei Nagetieren einwandfrei funktionieren können, ohne dass Nebenwirkungen erkennbar sind.

„Die Verkapselung mittels Layer-by-Layer (LbL)-Technologie hat vor allem den Vorteil ihrer Vielseitigkeit, d. Die LbL-Verkapselung erfolgt unter wässrigen Bedingungen, was mit so fragilen Molekülen wie einigen Peptiden, Proteinen und insbesondere Wachstumsfaktoren absolut kompatibel ist“, sagte Sukhorukov.

Für ihr neues Experiment verwendeten die Forscher Kulturen von Neuronen des Hippocampus der Ratte, die nach Zugabe der Mikrokapseln untersucht wurden. Es stellte sich heraus, dass der in ihnen zugeführte NGF das neuronale Wachstum erheblich steigerte, und dieses neue Wachstum war nicht willkürlich, sondern eher auf die Mikrokapselcluster gerichtet. NGF verstärkte auch die Neuritenverzweigung, einen Prozess, der zur Bildung von Axonen und Dendriten führt, den wichtigsten Funktionselementen eines Neurons. Schließlich konnten mit NGF in Mikrokapseln behandelte Neuronen funktionelle Synapsen bilden. Wenn dieser Ansatz in der klinischen Anwendung funktioniert, könnte dies eine Umkehrung der bei vielen Krankheiten beobachteten Neurodegeneration bedeuten.

„Die Eigenschaften von LbL-Mikrokapseln können je nach Anwendung abgestimmt werden. Biokompatibilität, Abbau und kontrollierte Freisetzung werden also durch die Wahl der in der Zusammensetzung der Kapselhülle verwendeten Polymere definiert. Eine kontrollierte Freisetzung könnte auch durch externe Reize wie Ultraschall, Laser, etc. erreicht werden. oder ein Magnetfeld“, bemerkte Gleb Suchorukow.

Das Team plant, seine Technologie der kontrollierten Freisetzung von NGF zu testen, um eine schnelle Genesung nach einer Nervenverletzung zu ermöglichen. Frühere Studien zeigten auch, dass ein ähnlicher Ansatz mit anderen Wachstumsfaktoren wie dem Basis-Fibroblasten-Wachstumsfaktor funktionieren kann, einem Protein, das an einer Vielzahl biologischer Prozesse einschließlich der Embryonalentwicklung und der Gewebereparatur beteiligt ist.

Diese Studie wurde veröffentlicht in Pharmazie im Dezember 2020. 



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