Einfache Arzneimittelformel regeneriert Gehirnzellen
Forscher haben einen Schritt nach vorne gemacht, um eine Pille zu finden, die die durch Schlaganfälle, Hirnverletzungen und Erkrankungen wie Alzheimer verlorene Gehirnfunktion wiederherstellen kann.
Wissenschaftler der Pennsylvania State University (Penn State) am State College wandelten Gliazellen mithilfe einer Kombination von nur vier kleinen Molekülen in funktionierende Neuronen um.
Gliazellen können unter anderem Neuronen unterstützen und schützen, bei denen es sich um Zellen handelt, die die mentalen Funktionen des Gehirns erfüllen.
In einer neuen Studienarbeit, die jetzt in der Zeitschrift erscheint StammzellenberichteDie Forscher beschreiben, wie ihre umgewandelten Neuronen in Laborkulturen mehr als 7 Monate überlebten.
Die neuen Neuronen zeigten auch die Fähigkeit, wie normale Gehirnzellen zu arbeiten. Sie bildeten Netzwerke und kommunizierten miteinander unter Verwendung elektrischer und chemischer Signale.
Gliazellen vermehren sich nach einer Verletzung
Der leitende Studienautor Gong Chen, Professor für Biologie am Penn State, erklärt, dass sich Neuronen nicht regenerieren, wenn das Gehirngewebe beschädigt wird.
"Im Gegensatz dazu können sich Gliazellen, die sich um beschädigtes Hirngewebe sammeln, nach einer Hirnverletzung vermehren", fügt er hinzu.
In ihrer Studienarbeit erklären er und sein Team, wie Gliazellen Narben bilden, die die Neuronen vor weiteren Verletzungen schützen.
Aufgrund ihrer ständigen Präsenz blockieren Glia-Narben jedoch auch das Wachstum neuer Neuronen und die Übertragung von Signalen zwischen ihnen.
Frühere Versuche, die Regeneration von Neuronen durch Entfernen der Glia-Narben wiederherzustellen, waren "nur begrenzt erfolgreich", so die Autoren der Studie.
Prof. Chen glaubt, dass „der beste Weg, verlorene neuronale Funktionen wiederherzustellen“, darin besteht, neue Neuronen aus den Gliazellen in der Nähe der toten Neuronen zu erzeugen.
Umprogrammierung von Astrozyten in Neuronen
In früheren Arbeiten hatten Prof. Chen und sein Team gezeigt, dass es möglich ist, eine Art von Gliazellen, die Astrozyten genannt werden, mit neun kleinen Molekülen in einer bestimmten Sequenz chemisch in Neuronen umzuprogrammieren. Als sie jedoch untersuchten, wie die Methode vom Labor in die Klinik übertragen werden kann, stellten sie fest, dass sie zu kompliziert war.
Ziel der neuen Studie war es daher, eine kleinere Kombination der Moleküle zu finden, mit der Astrozyten einfacher in funktionierende Neuronen umprogrammiert werden können.
Die Forscher testeten Hunderte von Kombinationen, bis sie eine wirksame Formel fanden, die „vier Kernmedikamente“ umfasste.
„Durch die Verwendung von vier Molekülen“, erklärt der Erststudienautor Jiu-Chao Yin, ein Doktorand der Biologie am Penn State, „die vier kritische Signalwege in menschlichen Astrozyten modulieren, können wir menschliche Astrozyten effizient umwandeln - bis zu 70 Prozent - in funktionelle Neuronen. "
Das Team testete auch die Wirkung des Abwerfens eines der vier Moleküle aus der Formel. Keine Drei-Arzneimittel-Formel war jedoch so wirksam wie die Vier-Arzneimittel-Version. Tatsächlich war die beste Kombination aus drei Wirkstoffen 20 Prozent weniger wirksam als die Kombination aus vier Wirkstoffen.
Die Verwendung nur eines der Moleküle reichte nicht aus, um die Astrozyten in Neuronen umzuwandeln.
Einfache Alternative zur Gentherapie
Prof. Chen und seine Kollegen arbeiten seit einiger Zeit an der Regeneration von Neuronen. Bevor sie sich der chemischen Reprogrammierung zuwandten, hatten sie mit Gentherapie experimentiert.
Sie kamen jedoch zu dem Schluss, dass ein gentherapeutischer Ansatz, der etwa 500.000 USD pro Person kosten könnte, zu teuer wäre. Darüber hinaus erfordert die Bereitstellung von Gentherapie ausgefeilte, fortschrittliche Techniken und Fachkenntnisse.
Prof. Chen erklärt, dass der Hauptvorteil des Ansatzes der chemischen Programmierung darin besteht, dass „eine Pille, die kleine Moleküle enthält, weltweit weit verbreitet sein könnte und sogar ländliche Gebiete ohne fortschrittliche Krankenhaussysteme erreicht“.
Außerdem stellten er und sein Team fest, dass die Injektion der vier Medikamente in erwachsene Mäuse die Bildung neuer Gehirnzellen im Hippocampus erhöhte, einer Region des Gehirns, die eine Rolle im Gedächtnis spielt.
Viel mehr Arbeit voraus
Die Autoren der Studie weisen darauf hin, dass die Ergebnisse nur einen Schritt vorwärts in Richtung Neuronenregeneration in einer Pille sind. Es gibt noch viel zu tun, um die richtige Formel zu entwickeln, insbesondere in Bezug auf die „Verpackung und Lieferung“ der kleinen Moleküle.
Die Forscher müssen nicht nur ihre Wirksamkeit bestätigen, sondern auch die Nebenwirkungen und die Sicherheit der Medikamente untersuchen.
Sie sind jedoch zuversichtlich, dass ihre neue Formel mit vier Wirkstoffen eines Tages ihr Potenzial als unkomplizierte Behandlung für Menschen erkennen wird, die durch Hirnverletzungen, Schlaganfall und neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer die neuronale Funktion verlieren.
"Mein größter Traum ist es, ein einfaches Arzneimittelabgabesystem wie eine Pille zu entwickeln, das Schlaganfall- und Alzheimer-Patienten auf der ganzen Welt dabei helfen kann, neue Neuronen zu regenerieren und ihre verlorenen Lern- und Gedächtnisfähigkeiten wiederherzustellen."
Prof. Gong Chen
