Artikel zur Langlebigkeit

Regenerieren Sie beschädigte Nerven, indem Sie die Zellenergie steigern

durch eine Rückenmarksverletzung geschädigte Nervenzellen können mit erhöhter Energie durch ATP repariert werden
  • Eine Erhöhung der Energieversorgung (ATP) in geschädigten Rückenmarksnerven kann die Regeneration und das Nachwachsen von Axonen (Nervenfasern) fördern. 

  • Beschädigte Axone bei Rückenmarksverletzungen können die ATP-Produktion beeinträchtigen, indem sie auch benachbarte Mitochondrien schädigen und an Ort und Stelle verankern.

  • Bei Mäusen, denen Kreatin verabreicht wurde (das die ATP-Bildung fördert), nahm das Nachwachsen der Axone zu, insbesondere bei Mäusen, denen das Protein fehlte, das die beschädigten Mitochondrien in Axonen bindet. 

Dieser Artikel wurde im National Institute of Neurological Disorders and Stroke News veröffentlicht:

Wenn das Rückenmark verletzt ist, können die beschädigten Nervenfasern – Axone genannt – normalerweise nicht nachwachsen, was zu einem dauerhaften Funktionsverlust führt. Es wurden umfangreiche Forschungsarbeiten durchgeführt, um Wege zu finden, die Regeneration von Axonen nach einer Verletzung zu fördern. Ergebnisse einer an Mäusen durchgeführten und in Cell Metabolism veröffentlichten Studie legen nahe, dass eine erhöhte Energieversorgung innerhalb dieser verletzten Rückenmarksnerven dazu beitragen könnte, das Nachwachsen von Axonen zu fördern und einige motorische Funktionen wiederherzustellen. Die Studie war eine Zusammenarbeit zwischen den National Institutes of Health und der Indiana University School of Medicine in Indianapolis.

„Wir sind die Ersten, die zeigen können, dass eine Rückenmarksverletzung zu einer Energiekrise führt, die untrennbar mit der eingeschränkten Regenerationsfähigkeit beschädigter Axone zusammenhängt“, sagte Zu-Hang Sheng, Ph.D., leitender Forschungsleiter am National Institute des NIH of Neurological Disorders and Stroke (NINDS) und einer der leitenden Co-Autor der Studie.

Wie Benzin für einen Automotor nutzen die Körperzellen eine chemische Verbindung namens Adenosintriphosphat (ATP) als Treibstoff. Ein Großteil dieses ATP wird von Zellkraftwerken, den Mitochondrien, hergestellt. In Rückenmarksnerven finden sich Mitochondrien entlang der Axone. Wenn Axone verletzt werden, werden oft auch die benachbarten Mitochondrien geschädigt, wodurch die ATP-Produktion in verletzten Nerven beeinträchtigt wird.

„Die Nervenreparatur erfordert eine erhebliche Menge an Energie“, sagte Dr. Sheng. „Unsere Hypothese ist, dass eine Schädigung der Mitochondrien nach einer Verletzung das verfügbare ATP stark einschränkt und diese Energiekrise das Nachwachsen und die Reparatur verletzter Axone verhindert.“

Erschwerend kommt hinzu, dass Mitochondrien in erwachsenen Nerven in Axonen verankert sind. Dies zwingt beschädigte Mitochondrien dazu, an Ort und Stelle zu bleiben, macht es aber schwierig, sie zu ersetzen, was zu einer lokalen Energiekrise in verletzten Axonen führt.

Das Sheng-Labor, eine der führenden Gruppen zur Erforschung des mitochondrialen Transports, hat zuvor genetische Mäuse geschaffen, denen das Protein – Syntaphilin genannt – fehlt, das Mitochondrien in Axonen bindet. Bei diesen „Knockout-Mäusen“ können sich die Mitochondrien frei durch die Axone bewegen.

„Wir schlugen vor, dass eine Verbesserung des Transports dazu beitragen würde, beschädigte Mitochondrien aus verletzten Axonen zu entfernen und unbeschädigte wieder aufzufüllen, um die Energiekrise zu retten“, sagte Dr. Sheng.

Um zu testen, ob dies einen Einfluss auf die Regeneration der Rückenmarksnerven hat, arbeitete das Sheng-Labor mit Dr. Xiao-Ming Xu zusammen. und Kollegen von der Indiana University School of Medicine, die Experten für die Modellierung verschiedener Arten von Rückenmarksverletzungen sind.

„Rückenmarksverletzungen sind verheerend und beeinträchtigen Patienten, ihre Familien und unsere Gesellschaft“, sagte Dr. Xu. „Obwohl in unserer wissenschaftlichen Gemeinschaft enorme Fortschritte erzielt wurden, stehen keine wirksamen Behandlungen zur Verfügung. Es besteht definitiv ein dringender Bedarf an der Entwicklung neuer Strategien für Patienten mit Rückenmarksverletzungen.“

Als die Forscher drei Verletzungsmodelle im Rückenmark und im Gehirn untersuchten, stellten sie fest, dass Syntaphilin-Knockout-Mäuse im Vergleich zu Kontrolltieren ein deutlich stärkeres Nachwachsen der Axone an der Verletzungsstelle aufwiesen. Die neu gewachsenen Axone stellten auch über die Verletzungsstelle hinaus entsprechende Verbindungen her.

Als die Forscher untersuchten, ob dieses Nachwachsen zu einer funktionellen Wiederherstellung führte, stellten sie eine vielversprechende Verbesserung der Feinmotorik in den Vorderbeinen und Fingern von Mäusen fest. Dies deutete darauf hin, dass ein erhöhter mitochondrialer Transport und damit die zur Verletzungsstelle verfügbare Energie der Schlüssel zur Reparatur beschädigter Nervenfasern sein könnte.

Um das Energiekrisenmodell weiter zu testen, wurde Mäusen Kreatin verabreicht, eine bioenergetische Verbindung, die die Bildung von ATP fördert. Sowohl Kontroll- als auch Knockout-Mäuse, denen Kreatin verabreicht wurde, zeigten nach einer Verletzung ein erhöhtes Nachwachsen der Axone im Vergleich zu Mäusen, denen stattdessen Kochsalzlösung verabreicht wurde. Bei den Knockout-Mäusen, die Kreatin erhielten, war ein stärkeres Nachwachsen der Nerven zu beobachten.

„Diese Ergebnisse haben uns sehr ermutigt“, sagte Dr. Sheng. „Die Regeneration, die wir bei unseren Knockout-Mäusen sehen, ist sehr bedeutsam, und diese Ergebnisse stützen unsere Hypothese, dass ein Energiemangel die Fähigkeit sowohl des zentralen als auch des peripheren Nervensystems, sich nach einer Verletzung zu reparieren, einschränkt.“

Dr. Sheng weist auch darauf hin, dass diese Erkenntnisse zwar vielversprechend, aber durch die Notwendigkeit einer genetischen Manipulation von Mäusen begrenzt sind. Mäuse, denen Syntaphilin fehlt, zeigen langfristige Auswirkungen auf die Regeneration, während Kreatin allein nur eine mäßige Regeneration bewirkt. Zukünftige Forschung ist erforderlich, um therapeutische Verbindungen zu entwickeln, die wirksamer in das Nervensystem eindringen und die Energieproduktion für eine mögliche Behandlung traumatischer Hirn- und Rückenmarksverletzungen steigern.

Die Studie wurde veröffentlicht in Zellstoffwechsel im März 2020.



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