På vej mod en kur mod ALS: magnetisk stimulation genopretter svækkede motoneuroner – Physics World

På vej mod en kur mod ALS: magnetisk stimulation genopretter svækkede motoneuroner – Physics World

Tidsstempel: 5. juli 2023 kl. 5

Thomas Herrmannsdörfer og Richard Funk
Genaktivering af beskadigede motoneuroner Thomas Herrmannsdörfer (til venstre) og Richard Funk undersøger den terapeutiske effekt af magnetiske felter på svækkede motoneuroner. (Med høflighed: HZDR/Amac Garbe)

Amyotrofisk lateral sklerose (ALS) er en alvorlig uhelbredelig lidelse, hvor motoneuroner - nerveceller i hjernen og rygmarven, der sender signaler til musklerne for at kontrollere bevægelse - er beskadiget. Uden fungerende motoneuroner modtager musklerne ikke instruktioner og virker ikke længere, hvilket fører til progressiv lammelse, muskelatrofi og i sidste ende svigt i åndedrætssystemet.

I øjeblikket er der ingen succesfuld behandling for ALS, idet lægemiddelbehandlinger kun har en marginal indvirkning på patientens overlevelse. Med henblik på at løse denne mangel stod et tværfagligt forskerhold i spidsen på Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) og TU Dresden undersøger potentialet ved at bruge magnetiske felter til at genoprette svækkede motoneuroner.

Indflydelsen af ​​magnetisk stimulation på neuronale sygdomme er blevet undersøgt bredt. Anvendelser i perifere nerver er dog sparsomme. I denne seneste undersøgelse, rapporteret i Celler, vurderede forskerne, om magnetisk stimulering af perifere motoneuroner kunne genoprette defekter i stamcelle-afledte motoneuroner fra ALS-patienter med mutationer i FUS-genet (FUS-ALS).

Holdet - ledet af fysiker Thomas Herrmannsdörfer, cellebiolog Arun Pal og læge Richard Funk, og støttet af kolleger ved TU Dresden og University of Rostock – genererede spinale motoneuroner ved at omprogrammere inducerede pluripotente stamceller opnået fra hudbiopsier af raske individer og patienter med FUS-ALS. De designede og fremstillede elektromagnetiske spoler, der kan betjenes i cellekulturinkubatorer, og brugte disse til at udsætte motoneuronerne for skræddersyede magnetfelter.

Hver magnetisk stimulation omfattede fire på hinanden følgende behandlinger (adskillige timers varighed) ved brug af meget lave firkantbølgefrekvenser på 2 til 10 Hz. Behandlingerne blev udført efter, at cellerne var blevet modnet i 30 til 45 dage vitro, med spolerne slukket imellem. Efter den sidste behandling holdt holdet cellerne i kultur i to dage, før de vurderede virkningen af ​​den magnetiske stimulering.

Pulserende magnetfelter kan hjælpe med at bekæmpe neurodegenerative sygdomme
På vej mod en kur Pulserende magnetfelter kan hjælpe med at bekæmpe neurodegenerative sygdomme. (Med høflighed: HZDR/Sahneweiß)

Gendannelse af aksonale defekter

Motoneuroner har lange fremspring kaldet axoner, som kan være op til 1 m lange, som transporterer stoffer og overfører information. Forringelser i transporten af ​​axonale organeller såsom mitokondrier og lysosomer bidrager til neuronal degeneration i ALS. Således brugte forskerne levende cellebilleddannelse og immunfluorescerende farvning til at måle motiliteten af ​​disse organeller i motoneuroner udsat for magnetiske felter.

De undersøgte først den gennemsnitlige organelhastighed. Kvantitativ sporingsanalyse afslørede en nedsat distal gennemsnitshastighed for både mitokondrier og lysosomer i ubehandlede mutante FUS-motoneuroner sammenlignet med kontrolceller (afledt fra raske donorer). Eksponering for magnetiske felter vendte middelhastigheden i FUS-motoneuroner tilbage til kontrolniveauer, med de bedste effekter set ved brug af meget lave frekvenser på omkring 10 Hz.

Et andet kendetegn ved ALS er en formindsket evne hos axoner til at vokse og regenerere efter skader eller under aldring. En sådan vækst er afgørende for at opretholde inter-neuronal forbindelse på tværs af nerveender og transmission af information. For at undersøge, om magnetisk stimulering kunne forbedre sådanne defekter, brugte holdet levende billeddannelse af celler i mikrofluidkamre til at analysere den nye udvækst af aksonale vækstkegler efter aksotomi (afskæring af et axon).

Forskerne observerede en reduceret gennemsnitlig aksonal udvæksthastighed i ubehandlede FUS-motoneuroner sammenlignet med kontrolceller. Magnetisk stimulering af FUS-motoneuronerne ved 10 Hz øgede signifikant den gennemsnitlige udvæksthastighed tilbage til kontrolniveauer. De magnetiske felter påvirkede ikke den gennemsnitlige udvæksthastighed i kontrolmotoreuroner.

I adskillige eksperimenter viste forskerne, at motoneuroner fra ALS-patienter reagerer på magnetfelterne, hvor nedsat aksonal transport af organeller reaktiveret ved stimulering og aksonal regenerering genoprettet. Det er vigtigt, at de også demonstrerede, at raske celler ikke blev beskadiget af den magnetiske stimulation.

Selvom disse resultater virker lovende, fremhæver holdet behovet for langsigtede og in vivo undersøgelser. "Vi ser på disse vitro resultater som en opmuntrende tilgang på vejen til en potentiel ny terapi for ALS såvel som andre neurogenerative sygdomme,” siger Herrmannsdörfer i en pressemeddelelse. "Vi ved dog også, at der kræves detaljerede opfølgende undersøgelser for at bekræfte vores resultater."

Arbejder nu inden for ThaXonian projekt, planlægger Herrmannsdörfer og hans kolleger yderligere undersøgelser for at optimere parametrene for det anvendte magnetfelt, forstå den cellulære respons på forskellige magnetiske stimuli og teste behandlingen på andre neurodegenerative lidelser, såsom Parkinsons, Huntingtons og Alzheimers sygdomme.

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden