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Neue Gleise für nachwachsende Nerven

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Schwann-Zellen sind die Stützzellen des Nervensystems. Sie locken nachwachsende Nervenfasern an und unterstützen so die Regeneration. Quelle: Matricel GmbH

10.03.2010  - 

Einmal durchtrennte Nervenfasern können an vielen Stellen des Körpers zwar wieder nachwachsen. Doch bei großen Verletzungen fehlt den Nerven die Orientierung und sie sprießen verloren umher. Chirurgen entnehmen deshalb dem Patienten einen entbehrlichen Nervenstrang und pflanzen ihn als Ersatz in die defekte Stelle ein. Die Biotech-Firma Matricel sucht nach schonenderen Wegen: Sie entwickelt mithilfe von Biomaterialien künstliche Nervenleitschienen. Sie sollen den Nerven solange Geleit geben, bis sie wieder korrekt verwachsen sind. Das Projekt mit dem biohybriden Nervenersatz wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung  im Rahmen der „KMU-innovativ“-Initiative unterstützt. Im Tierversuch liefern die Leitschienen bereits viel versprechende Ergebnisse.

Werden bei einer schweren Verletzung Nervenstränge durchtrennt, so treten häufig Lähmungen und andere Behinderungen auf. Das Nervensystem eines Erwachsenen bringt zwar nur im geringen Umfang neue Zellen hervor, allerdings können die Fortsätze der Nervenzellen (die Axone) wachsen. Die manchmal meterlangen Ausläufer leiten wie Kupferkabel elektrische Signale von den Zellen im Gehirn hin zu den Muskeln. Wird ein Nervenfaserbündel durchtrennt, so schiebt die betroffene Nervenzelle einen beweglichen Wachstumskegel vor, der sich täglich einen Millimeter weiter in die Umgebung vortastet und das abgetrennte Pendant des Nervenstrangs wieder zu fassen versucht. Meist gelingt dieser Anschluss aber nicht mehr, weil die Lücke zu groß ist oder wucherndes Narbengewebe den Weg versperrt.

Mit Hilfe wachsender Eiskristalle werden winzige Kanäle in das Schweine-Kollagen gefräst. In diese Kanäle tasten sich die nachwachsenden Nervenfasern hindurch.Lightbox-Link
Mit Hilfe wachsender Eiskristalle werden winzige Kanäle in das Schweine-Kollagen gefräst. In diese Kanäle tasten sich die nachwachsenden Nervenfasern hindurch.Quelle: Matricel GmbH

Ersatz-Nerven nachgebaut

Chirurgen helfen bislang dem gerichteten Wachstum auf die Sprünge, indem sie einen Nervenstrang an anderer Stelle des Körpers entnehmen und als Lückenfüller einbauen. Meist wird für diesen Zweck der Suralis-Nerv in der Wade geopfert, er ist nur für Gefühlsempfindungen an dieser Region zuständig und daher im Ernstfall entbehrlich. Problem: dadurch entsteht eine zweite Wunde, die OP belastet den Patienten zusätzlich, und der Nerv bietet nur begrenztes Spendermaterial. 

Forscher aus dem Gebiet der Regenerativen Medizin suchen nach neuen Wegen, um die Nervendefekte zu überbrücken. Mediziningenieure und Biotechnologen wollen Nerven-Leitstrukturen künstlich im Labor nachbauen. Als Brücke eingesetzt sollen sie dafür sorgen, dass die Nervenregeneration im Körper angekurbelt wird und zielgerichtet abläuft.

Zwar gibt es bereits simple Silikonschläuche als künstliche Nervenleitsysteme auf dem Markt. „Doch alle diese Systeme haben bisher die Mediziner nicht zufrieden gestellt oder sind in der Praxis gescheitert“, sagt Geschäftsführer und Gründer der Matricel GmbH, Ingo Heschel. Das Biotech-Unternehmen im nordrhein-westfälischen Herzogenrath entwickelt Leitschienen, die die feinen Gerüststrukturen eines natürlichen Nervenfaserbündels so gut wie möglich nachzuahmen versuchen. Das Projekt wird im Rahmen der BMBF-Initiative "KMU-Innovativ/BioChance-Plus" gefördert, dafür werden von 2007 bis 2010 insgesamt 525.000 Euro zur Verfügung gestellt.  Als Ausgangsmaterial dient der Naturstoff Kollagen.  "Wir verwenden hier nur hochreines Schweine-Kollagen, das von uns selbst speziell für den medizinischen Bereich nach einem geschützten Prozess hergestellt wird", erläutert der Ingenieur Heschel.

Matricel GmbH

Matricel stellt in Herzogenrath bei Aachen Trägermaterial aus Kollagen für den Einsatz in regenerativen Therapien her. Auf dem Markt sind bereits Kollagengerüste, die zur Behandlung von Knorpel- und Knochendefekten eingesetzt werden.

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Eiskristalle fräsen feinste Poren

Nach einem patentierten Verfahren werden mittels wachsender Eiskristalle feinste Hohlräume in das Kollagengel gefräst. So entstehen schwammartige Gerüste, die durch viele Kanäle durchsetzt sind. „Durch diese winzigen Längskanäle im Kollagen können sich die Nervenfortsätze hindurchtasten“, sagt Heschel. Um die Axone zusätzlich anzulocken, werden die Schwämmchen in manchen Fällen noch mit Wachstumsfaktoren gespickt. Eine wichtige Zutat sind außerdem patienteneigene Zellen: So werden die Trägergerüste im Labor mit Schwann-Zellen besiedelt. Diese natürlichen Hüll- und Stützzellen im Nerven sondern offenbar wichtige Lockstoffe ab, die die Nervenfortsätze in die künstlichen Strukturen lotsen. Dort umschließen sie die einsprießenden Axone wie einen Strumpf und formen die sogenannte Myelinschicht. Die bisherigen Studien haben gezeigt, dass die siedelnden Schwann-Zellen als Lotsen offenbar der Schlüssel für eine erfolgreiche künstliche Nervenleitscheine sind. Insgesamt entsteht so ein biologisch-künstlicher Organersatz, die Kombination aus Zellen und Werkstoff wird auch als Biohybrid bezeichnet.

KMU innovativ

Mit der Inititative "KMU-innovativ" fördert das BMBF risikoreiche Forschungs- und Entwicklungsprojekte von kleinen und mittleren Unternehmen.

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Lange tüftelten die Matricel-Mitarbeiter an der geeigneten Porengröße und der möglichst naturgetreuen Architektur ihrer Leitschienen. Ein wichtiger Aspekt ist auch die Haltbarkeit. „Wenn die Leitstrukturen ihren Dienst im Körper getan haben, sollen sie sich nach einiger Zeit im Körper abbauen“, so Heschel. Die Tierversuche hätten gezeigt, dass die künstlichen Ersatznerven nach wenigen Monaten umgebaut und durch körpereigenes Gewebe ersetzt würden.  

Ratten mit Nervenverletzungen erholen sich

Bisher kamen die Nervenleitschienen nur in Tierversuchen zum Einsatz. Dazu kooperiert Matricel mit einem Chirurgen-Team um Ahmet Bozkurt vom Universitätsklinikum der RWTH Aachen. Die Ergebnisse sind viel versprechend: Bei Ratten wurden zwei Zentimeter des Ischias-Nervs entfernt, die Bewegung der hinteren Pfote war daraufhin eingeschränkt.

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Setzten die Mediziner nun die biokünstlichen Implantate in die Defekte ein, so wuchsen die Nervenfasern bereits innerhalb weniger Wochen ein, und die Behinderungen der Tiere gingen deutlich zurück: Die regenerierenden Nervenfasern erreichten den Muskel und konnten sie zum Zusammenziehen anregen. Die erreichte Regeneration war vergleichbar mit der herkömmlichen Spendernerv-Methode. „Damit eignet sich die Leitschiene offenbar zur Überbrückung von großen Defekten, und die Regeneration gelingt viel schneller als gedacht“, sagt Heschel. Die Forscher und der Industriepartner Matricel wollen nun bis Ende des Jahres soweit alle Arbeiten ihrer Machbarkeitsstudie abschließen, so dass künftig eine klinische Studie gestartet werden kann. „Zunächst wollen wir die Nervenleitschienen aber nur an kleinen Defekten testen“, betont Heschel.

In Zukunft lieber zellfreie Implantate

Um künftig die Zulassung ihrer Nervenleitschienen für den Markt zu beschleunigen, will das Team von Matricel langfristig möglichst auf den Einsatz von Zellen und Wachstumsfaktoren verzichten. Sobald Zellen oder Wachstumsfaktoren bei einem Medizinprodukt ins Spiel kommen, gilt das Produkt als neuartiges Therapieverfahren oder Arzneimittel. Dies macht die Zulassung in Europa kompliziert und langwierig. Doch es gibt bereits Hoffnung: Die gefertigten Kollagenschwämme scheinen im Tierversuch auch ganz ohne Zellen oder Faktoren die gerichtete Nervengeneration anzuregen, so Heschel.

 

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