Regenerative Gerüste für das Zentralnervensystem
Die regenerative Medizin verwendet häufig Gerüste aus verschiedenen Materialien für die Reparatur von Gewebe. Diese Gerüste wurden mit einer Vielzahl von verschiedenen Techniken hergestellt, einschließlich dem schnellen Prototyping, einem vor kurzem entwickelten Ansatz mittels rechnerunterstütztem Design. Um Verletzungen des Zentralnervensystems zu reparieren, ist es notwendig, das Wachstum und die funktionelle Konnektivität von dreidimensionalen neuronalen Netzwerken zu kontrollieren. In diesem Zusammenhang befasste sich das EU-finanzierte Projekt NEUROSCAFFOLDS (Rapid prototyping scaffolds for the nervous system) mit der Herstellung von auf Nanomaterialien basierenden Gerüsten mit stark regulierten mechanischen, geometrischen und chemischen Eigenschaften. Darüber hinaus funktionalisierten sie das Gerüstsubstrat mit Führungsmolekülen in Nanometerauflösung, um Wachstum und Differenzierung der Neuronen zu führen und zu unterstützen. Die wissenschaftlichen Teams stellten erfolgreich Monolayer aus Gelatine-Nanofasern her, die das Wachstum von Astrozyten und Hippocampus-Neuronen sowie die Differenzierung von Stammzellen zu funktionellen Neuronen unterstützen können. Außerdem testeten sie die Möglichkeit des 3D-Drucks von Neuronengerüsten mit Tinten, die ultrafeine Partikel enthalten. Gerüste aus mehrwandigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen und PDMS wurden weiter mit einer Vielzahl von Molekülen mit spezifischer biologischer Aktivität funktionalisiert. Bei In-vitro-Tests für die Züchtung von Neuronen zeigte sich, dass diese 3D-Gerüste eine differenziertere und in-vivo-ähnliche Morphologie fördern. Die neuronale Aktivität der kultivierten Neuronen zeigte eine höhere Frequenz und bildete umfangreiche 3D-Netzwerke. Der Vergleich mit 2D-Kulturen zeigte signifikante Unterschiede, was die Bedeutung der neuen Erkenntnisse für die Neuro-Grundlagenforschung sowie für die Reparatur des Nervensystems unterstreicht. Die entwickelten Gerüste wurden auch in vivo an einem Rattenmodell für Ischiasnervenregeneration getestet, wo sie gut verträglich waren und die effektive Regeneration von Schwann-Zellen und Axonen unterstützten. Zusammengenommen dienen die Ergebnisse der NEUROSCAFFOLDS-Studie als Grundlage für die künftige Nutzung von Gerüsten für die ZNS-Reparatur.
Schlüsselbegriffe
Gerüste, zentrales Nervensystem, schnelles Prototyping, NEUROSCAFFOLDS, Neuronen
