Eine Studie der Universität Zürich hat ergeben, dass Mäuse mit Schlaganfallschäden ihre Bewegungsempfindung wiedererlangten, nachdem menschliche Stammzellen in ihre Gehirne platziert worden waren. Die Therapie half auch bei der Reparatur der schützenden Barriere des Gehirns, senkte Entzündungen und verbesserte die Blutgefäße.
Die Studie, unter der Leitung von Christian Tackenberg, Wissenschaftlicher Leiter der Neurodegeneration Group am Institut für Regenerative Medizin der Universität Zürich, und der Postdoktorandin Rebecca Weber, zeigt, dass Neuralstammzellen mehr können als nur den Verlust von Neuronen zu ersetzen. Die Zellen aktivieren eine weitreichende Heilungsreaktion im gesamten Gehirn.
Stammzellen als regeneratives Werkzeug
Etwa ein Viertel aller Erwachsenen wird im Laufe ihres Lebens einen Schlaganfall erleiden, was ihn äußerst verbreitet macht. Ungefähr die Hälfte derjenigen, die einen Schlaganfall überleben, bleiben mit bleibenden Problemen zurück, wie z. B. Lähmungen oder Sprachschwierigkeiten.
Die Verletzung resultiert aus einem Schlaganfall, der entweder Hirnarealen Sauerstoff entzieht oder Blutungen verursacht, die Gehirnzellen abtöten. Da keine Behandlungen das verlorene Gewebe wiederaufbauen können, wurde der Schaden als dauerhaft angesehen, sobald diese Zellen verloren gegangen sind.
Tackenberg und sein Team untersuchten die Idee, dass Neuralstammzellen sich in verschiedene Arten von Nervenzellen entwickeln können. Die Forscher verwendeten menschliche Neuralstammzellen, die von induzierten pluripotenten Stammzellen gewonnen wurden – gewöhnlichen menschlichen Körperzellen, die so umprogrammiert wurden, dass sie ihre Fähigkeit, sich in viele verschiedene Zelltypen zu entwickeln, erneuern können.
Das Team führte zwei Studien in Zusammenarbeit mit einer Gruppe unter der Leitung von Ruslan Rust von der University of Southern California durch, während derer sie bei Mäusen dauerhafte Schlaganfälle verursachten. Die Hirnverletzung wurde so konstruiert, dass sie wesentliche Merkmale von Schlaganfällen beim Menschen genau widerspiegelt. Da die transplantierte Zellen menschlichen Ursprungs waren, wurden die Mäuse genetisch so verändert, dass ihre Immunsysteme sie nicht abstoßen.
Die Stammzellen überlebten und bildeten Neuronen
Sieben Tage nach dem Auslösen der Schlaganfälle setzten die Forscher die Neuralstammzellen in die verletzten Bereiche des Gehirns ein. Das Team verfolgte, was in diesen geschädigten Regionen geschah, mithilfe von Bildgebungstechniken und biochemischen Analysen über einen Zeitraum von fünf Wochen.
In diesem Austausch sagt Tackenberg: „Wir haben festgestellt, dass die Stammzellen den gesamten Analysezeitraum von fünf Wochen überlebten und dass die meisten davon sich in Neuronen verwandelten, die sogar mit den bereits vorhandenen Gehirnzellen kommunizierten.“ )
Neuronen neu zu erzeugen allein wird funktionelle Verbesserungen nicht bewirken. Der Schlüssel liegt darin, diese frischen Zellen mit bestehenden neuronalen Netzwerken zu verbinden. )
Das gesamte Gehirn reagiert )
Die Forscher entdeckten, dass die Behandlung eine weitreichende Heilungsreaktion auslöste, bei der neue Blutgefäße im geschädigten Hirngewebe wuchsen, Entzündungsreaktionen abnahmen und die Barriere zwischen Blut und Gehirn ihre Stärke wiedererlangte. )
Diese Schutzbarriere trennt das zirkulierende Blut vom Hirngewebe und kontrolliert, was hindurchdringt. Wenn sie nach einem Schlaganfall beschädigt wird, kann dies zu Entzündungen und weiteren Verletzungen führen. )
„Unsere Analyse geht weit über den Umfang anderer Studien hinaus, die sich auf die unmittelbaren Auswirkungen unmittelbar nach der Transplantation konzentrierten“, erklärt Tackenberg. )
Das bedeutendste Ergebnis war, dass sich die biologischen Veränderungen in verbesserter Mobilität für die Tiere niederschlugen. Die Stammzelltransplantationen korrigierten die durch die Schlaganfälle verursachten motorischen Probleme bei den Mäusen, und dieser Fortschritt wurde teilweise durch KI-gestützte Analyse ihrer Gangart gemessen. )
Timing und Produktion )
Die Wissenschaftler planten ihre Experimente mit Blick auf eine eventuelle Behandlung von Menschen. Ein Beispiel für diesen Ansatz ist, dass die Stammzellen ohne jegliche Reagenzien produziert wurden, die von Tieren stammen. Dies ist wichtig bei der Entwicklung von Therapien für Menschen, da die Vermeidung tierischer Materialien potenzielle Sicherheits- und regulatorische Komplikationen reduzieren kann. )
Das CiRA an der Universität Kyoto arbeitete mit dem Team der Universität Zürich zusammen, um einen bestimmten Produktionsplan zu entwickeln. )
Die zweite Studie lieferte eine wichtige Erkenntnis über das Timing, wobei die Forscher feststellten, dass die Stammzelltransplantation wirksamer war, wenn sie eine Woche nach einem Schlaganfall durchgeführt wurde, anstatt sofort. )
Die zusätzliche Zeit bedeutet, dass die Methode einfacher in einer Arztpraxis umzusetzen wäre. Das medizinische Personal könnte sich vorbereiten, bevor die Behandlung durchgeführt werden muss, anstatt sie sofort in der Zeit nach einem Schlaganfall durchführen zu müssen. )
Vor einer breit gefächerten Erprobung der Therapie (
Während die Ergebnisse vielversprechend sind, warnen die Forscher, dass noch mehrere Hürden überwunden werden müssen, bevor die Therapie breit in Menschen getestet werden kann. (
„Wir müssen Risiken minimieren und eine potenzielle Anwendung beim Menschen vereinfachen“, sagt er. (
Besorgnis herrscht über die unkontrollierte Entwicklung von Stammzellen im Gehirn. Tackenbergs Team, erneut in Zusammenarbeit mit Ruslan Rust, entwickelt eine Art Sicherheitsschalter, der verhindern soll, dass dies geschieht. (
Das Team sucht auch nach einer schonenderen Methode, um die Zellen zu verabreichen. Anstatt Stammzellen direkt ins Gehirn zu verpflanzen, wollen sie einen Weg finden, der weniger Operationen erfordert. (
Die Studie lässt erahnen, dass eine ähnliche Methode eines Tages bei der Wiederherstellung der Funktion des menschlichen Gehirns nach einem Schlaganfall helfen könnte. (
Was die Studie maß (
Der Ansatz des Zürcher Teams unterscheidet sich von früheren Arbeiten. Wo frühere Studien sich auf die unmittelbaren Auswirkungen nach der Transplantation konzentrierten, verfolgte diese Studie die Zellen über fünf Wochen und maß mehrere Ergebnisse. (
- Blutgefäße, die sich im geschädigten Hirngewebe bilden (
- Entzündungsprozesse werden weniger intensiv (
- Die Integrität der Blut-Hirn-Schranke verbessert sich (
Die Studie stützt sich auf menschliche neuronale Stammzellen, ein Detail, das das Potenzial für zukünftige Studien am Menschen erhöht. Durch die Arbeit mit der definierten Produktionsmethode, die an der CiRA der Universität Kyoto entwickelt wurde, eliminiert die Forschung tierische Bestandteile, ein Schritt, der Sicherheits- und Regulierungshemmnisse für Therapien am Menschen erleichtern könnte. (
Der Umfang der Studie
Regenerative Therapien für neurologische Schäden sind dank der Arbeit des Teams in Zürich näher dran. Ihre Forschungsergebnisse zeigen, dass Neuralstammzellen Hirngewebe regenerieren, eine Heilung im gesamten Gehirn anregen und die Motorik bei Tieren verbessern können.
Die Forschung unterstreicht die Bedeutung des Zeitpunkts und weist darauf hin, dass eine Transplantation eine Woche nach einem Schlaganfall zu günstigeren Ergebnissen führte als die sofortige Verabreichung der Behandlung. Dieses Ergebnis könnte die Anwendung der Methode in einem klinischen Umfeld erleichtern.
Bevor mit dem Testen am Menschen begonnen werden kann, muss das Team in Zürich Sicherheitsaspekte berücksichtigen und die Verabreichungsmethode vereinfachen. Die Sicherheitsvorrichtung und die weniger invasiven Verabreichungswege, an denen Tackenberg und Rust arbeiten, sind Schritte in diese Richtung.
Quelle: „Stem cells reverse stroke damage and restore movement in mice,” ScienceDaily.
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