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Selbstorganisierendes Chitosan-Nanofasergerüst zur Nervenregeneration

Verletzungen des peripheren Nervensystems können substanzielle motorische und sensorische Defizite hervorrufen. In der vorgestellten Studie werden selbst-assemblierende peptidbasierte Hydrogele in ein Chitosan-Nanofasergerüst injiziert und als artifizielles Nerventransplantat genutzt.

REPARATUR VON VERLETZUNGEN DES ISCHIASNERVS MIT EINEM SELBSTORGANISIERENDEN CHITOSAN-NANOFASERGERÜST

Shen X, Qu F, Pei Y, Lei S, Xia S, Liang J, Li S, Sun X and Liu L (2022) Repairing sciatic nerve injury with self-assembling peptide nanofiber scaffold-containing chitosan conduit. Front. Neurol. 13:867711. doi: 10.3389/fneur.2022.867711

Durch Verletzungen des peripheren Nervensystems kann es zu substanziellen motorischen und sensorischen Defiziten kommen. Während kleinere Verletzungen meist von selbst ausheilen, benötigen größere Schäden häufig Nerventransplantate zur Reparatur. Aktuell sind autologe Nerventransplantate der Goldstandard zur Behandlung peripherer Nervendefekte. Allerdings sind sie nur in einer limitieren Zahl verfügbar, häufig kommt es zur Morbidität der Empfängerstelle und das Risiko eines Neuroms steigt. Als Alternative gelten artifizielle Nerventransplantate, die aber bisher oft zu simpel sind um das Nervenwachstum gezielt zu fördern. Ideale Eigenschaften, die dafür erfüllt werden müssten sind eine gute Biokomptabilität und eine ausreichende Ähnlichkeit zur extrazellulären Matrix (EMC). In der medizinischen Forschung gelten daher selbst-assemblierende peptidbasierte Hydrogele (SAP) als aussichtsreiche Kandidaten für neuronales Tissue Engineering.

Vielversprechende Peptide sind RAD, IKVAV und KLT. RAD bzw. RADA16-I ist in der Lage unter physiologischen Bedingungen sehr stabile β-Faltblätter auszubilden, während IKVAV dem EMC-Protein Laminin ähnelt und die neuronale Adhäsion, Differenzierung und das Auswachsen von Neuriten fördert. KLT ist ein VEGF-ähnliches Peptid, dass ebenfalls in die VEGF-Rezeptoren binden kann. Dieses ist ein endothelialer Wachstumsfaktor, der eine polarisierte Vaskularisierung der Brückenregion auslöst.

In der präsentierten Studie werden zwei funktionalisierte SAPs RAD/KLT und RAD/IKVAV, sowie deren Hybrid RAD/KLT/IKVAV synthetisiert, charakterisiert und auf ihre Fähigkeiten zur neuronalen Regeneration in vitro an Schwannzellen (SCs) und in vivo an Ratten untersucht. In beiden Fällen wurde Chitosanrohre als Ersatz natürlicher Leitbahnen genutzt. Neben der guten Zytokomptabilität und Bioabbaubarkeit von Chitosan, fördern die Abbauprodukte, Chitosanoligosaccharide (COS), die Proliferation und das Wachstum von Zellen.

ERGEBNISSE

  • Alle drei Peptide wiesen eine typische β-Faltblattstruktur auf und bildeten unter physiologischen Bedingungen 3D-Nanofasergele im hohlen Lumen des Chitosanrohrs aus
  • Erfolgreiche Anheftung der SCs an der Oberfläche der Peptidgele mit guter Zellkomptabilität, deutlich positiver Effekt aus SC-Wachstum bei RAD/IKVAV und RAD/KLT/IKVAV, während RAD/KLT vergleichbar mit den unbehandelten Zellen war
  • In vivo: deutlich schnellere funktionelle Regeneration des Nervs bei RAD/KLT/IKVAV-Gruppe und Autograft im Vergleich zum hohlen Chitosanrohr, RAD/KLT und RAD/IKVAV
  • Histologische Analysen zeigten erhöhte axonale und SCs Regeneration in herbeigeführten Nervenverletzung bei Therapie mit RAD/KLT/IKVAV im Vergleich zu RAD/KLT und RAD/IKVAV
  • Bei Betrachten des betroffenen Muskels zeigte sich bei der Therapie mit RAD/KLT und RAD/IKVAV eine deutliche Verkümmerung, während beim Autograft und RAD/KLT/IKVAV nichts zu erkennen war

Zusammenfassung: In der präsentierten Studie wurden zwei Laminin bzw. VEGF ähnliche Peptide erfolgreich zu einem SAP synthetisiert. Das kombinierte Peptid RAD/KLT/IKVAV zeigte als Hydrogel in einem Chitosanrohr einen deutlich positiven Effekt bei der Nervenregeneration. Zudem förderte es die axonale Regeneration und Remyelisierung.

Link zum Artikel: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fneur.2022.867711/full

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