Heilung des Gehirns: Hydrogele ermöglichen neuronales Gewebewachstum
Die Züchtung von Gehirnen mag wie Science Fiction klingen, doch ein interdisziplinäres Forscherteam hat einen Schritt in diese Richtung getan
Synthetische Hydrogele haben sich als wirksames Gerüst für das Wachstum von neuronalem Gewebe in geschädigten Bereichen des Gehirns erwiesen und stellen einen möglichen Ansatz für die Rekonstruktion von Gehirngewebe dar.
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Das Züchten von Gehirnen mag zwar wie ein Science-Fiction-Film klingen, aber ein interdisziplinäres Forscherteam der Universität Hokkaido hat einen Schritt in diese Richtung getan. Sie verwendeten Hydrogelmaterialien in Kombination mit neuronalen Stammzellen, um neues Hirngewebe zu züchten. Dies ist wichtig, da das neuronale Gewebe, wenn es in unserem Gehirn beschädigt wird, nicht die gleiche Regenerationsfähigkeit besitzt wie andere Teile unseres Körpers, z. B. die Haut.
Der erste Schritt für die Forscher bestand darin, ein Hydrogelmaterial zu entwickeln, in dem neuronale Stammzellen überleben können. Sie fanden heraus, dass ein neutrales Gel, das zu gleichen Teilen aus positiv und negativ geladenen Monomeren besteht, die beste Zellhaftung bietet. Anschließend passten die Forscher das Verhältnis der Vernetzungsmoleküle an, um eine Steifigkeit zu erreichen, die der von Hirngewebe ähnelt; anschließend wurden in dem Gel Poren erzeugt, in denen Zellen kultiviert werden konnten.
"Als ich die 3D-Struktur der porösen Hydrogele sah, die mein Kollege Tomáš auf einer Tagung zeigte, dachte ich, dass sie bei regenerativen Behandlungen als Gerüst für das Wachstum von Nervenzellen eingesetzt werden könnten", erinnert sich der Erstautor Satoshi Tanikawa.
Nachdem die Gele optimiert worden waren, wurden sie in ein Wachstumsfaktorserum getränkt, um das Wachstum von Blutgefäßen zu fördern, und dann in geschädigte Bereiche des Gehirns eines Mausmodells implantiert. Nach drei Wochen stellten die Forscher fest, dass Immunzellen und neuronale Zellen aus dem umgebenden Wirtshirngewebe in das Hydrogel eingedrungen waren und dass Blutgefäße gewachsen waren.
Zu diesem Zeitpunkt injizierten die Forscher neuronale Stammzellen in das Hydrogel. Nach 40 Tagen war die Überlebensrate der Stammzellen hoch, und einige hatten sich in neue Astrozyten oder Nervenzellen differenziert. Es wurde beobachtet, dass Wirtszellen das Hydrogel infiltrierten, während einige neue neuronale Zellen aus dem Hydrogel in das umgebende Hirngewebe einwanderten, was ein gewisses Maß an Integration zwischen dem Hydrogel und dem Wirtshirngewebe zeigt.
Die schrittweise Durchführung des Prozesses war entscheidend, da sich die gleichzeitige Implantation des Hydrogels und der neuronalen Stammzellen als nicht erfolgreich erwies. Diese Studie ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Entwicklung von Therapien für die Regeneration von Hirngewebe; die nächsten Schritte umfassen die Untersuchung des optimalen Transplantationszeitpunkts und der Auswirkungen der Entzündungsreaktion auf die transplantierten Zellen.
"Erkrankungen, die die Blutgefäße des Gehirns betreffen, wie z. B. der Hirninfarkt, sind eine schwere Krankheit", so Tanikawa. "Sie haben nicht nur eine hohe Sterblichkeitsrate, sondern diejenigen, die überleben, kämpfen mit schweren Nachwirkungen. Ich denke, dass diese Forschung die Grundlage für medizinische Behandlungen sein wird, die solchen Patienten helfen könnten."
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