Auf dem Weg zur Heilung von ALS: Magnetstimulation stellt geschädigte Motoneuronen wieder her – Physics World

Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) ist eine schwere unheilbare Erkrankung, bei der Motoneuronen – Nervenzellen im Gehirn und Rückenmark, die Signale an die Muskeln senden, um Bewegungen zu steuern – geschädigt werden. Ohne funktionierende Motoneuronen erhalten die Muskeln keine Anweisungen und arbeiten nicht mehr, was zu fortschreitender Lähmung, Muskelatrophie und schließlich zum Versagen des Atmungssystems führt.

Derzeit gibt es keine erfolgreiche Behandlung von ALS, da medikamentöse Therapien nur einen marginalen Einfluss auf das Überleben der Patienten haben. Um dieses Defizit zu beheben, hat ein interdisziplinäres Forschungsteam unter der Leitung des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) und TU Dresden untersucht das Potenzial der Verwendung von Magnetfeldern zur Wiederherstellung geschädigter Motoneuronen.

Der Einfluss der Magnetstimulation auf neuronale Erkrankungen wurde umfassend untersucht. Anwendungen in peripheren Nerven sind jedoch rar. In dieser neuesten Studie, berichtet in Die ZellenDie Forscher untersuchten, ob die Magnetstimulation peripherer Motoneuronen Defekte in aus Stammzellen stammenden Motoneuronen von ALS-Patienten mit Mutationen im FUS-Gen (FUS-ALS) wiederherstellen könnte.

Das Team – an der Spitze der Physiker Thomas Herrmannsdörfer, Zellbiologe Arun Pal und Arzt Richard Funkund unterstützt von Kollegen an der TU Dresden und der Universität Rostock – erzeugten spinale Motoneuronen durch Reprogrammierung induzierter pluripotenter Stammzellen, die aus Hautbiopsien gesunder Personen und Patienten mit FUS-ALS gewonnen wurden. Sie entwarfen und fertigten elektromagnetische Spulen, die in Zellkultur-Inkubatoren betrieben werden können, und setzten diese dazu ein, die Motoneuronen maßgeschneiderten Magnetfeldern auszusetzen.

Jede Magnetstimulation umfasste vier aufeinanderfolgende Behandlungen (mehrere Stunden Dauer) mit sehr niedrigen Rechteckfrequenzen von 2 bis 10 Hz. Die Behandlungen wurden durchgeführt, nachdem die Zellen 30 bis 45 Tage gereift waren in vitro, wobei die Spulen zwischendurch ausgeschaltet sind. Nach der letzten Behandlung hielt das Team die Zellen zwei Tage lang in Kultur, bevor es die Wirkung der Magnetstimulation beurteilte.

Wiederherstellung axonaler Defekte

Motoneuronen besitzen lange Fortsätze, sogenannte Axone, die bis zu 1 m lang sein können und Substanzen transportieren und Informationen übermitteln. Beeinträchtigungen beim Transport axonaler Organellen wie Mitochondrien und Lysosomen tragen zur neuronalen Degeneration bei ALS bei. Daher verwendeten die Forscher Lebendzellbildgebung und Immunfluoreszenzfärbung, um die Beweglichkeit dieser Organellen in Motoneuronen zu messen, die Magnetfeldern ausgesetzt waren.

Sie untersuchten zunächst die mittlere Organellengeschwindigkeit. Die quantitative Tracking-Analyse ergab eine verringerte distale mittlere Geschwindigkeit sowohl für Mitochondrien als auch für Lysosomen in unbehandelten mutierten FUS-Motoneuronen im Vergleich zu Kontrollzellen (die von gesunden Spendern stammten). Die Exposition gegenüber Magnetfeldern brachte die mittlere Geschwindigkeit in FUS-Motoneuronen wieder auf das Kontrollniveau zurück, wobei die besten Effekte bei sehr niedrigen Frequenzen von etwa 10 Hz beobachtet wurden.

Ein weiteres Kennzeichen von ALS ist eine verminderte Fähigkeit der Axone, nach Verletzungen oder im Alter zu wachsen und sich zu regenerieren. Ein solches Wachstum ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der interneuronalen Konnektivität zwischen Nervenenden und die Übertragung von Informationen. Um zu untersuchen, ob magnetische Stimulation solche Defekte verbessern könnte, nutzte das Team Live-Bildgebung von Zellen in Mikrofluidikkammern, um das neue Wachstum axonaler Wachstumskegel nach Axotomie (Abtrennung eines Axons) zu analysieren.

Die Forscher beobachteten bei unbehandelten FUS-Motoneuronen im Vergleich zu Kontrollzellen eine verringerte mittlere Geschwindigkeit des Axonwachstums. Die magnetische Stimulation der FUS-Motoneuronen bei 10 Hz erhöhte die mittlere Wachstumsgeschwindigkeit deutlich zurück auf das Kontrollniveau. Die Magnetfelder hatten keinen Einfluss auf die mittlere Wachstumsgeschwindigkeit der Kontroll-Motoneuronen.

In zahlreichen Experimenten zeigten die Forscher, dass Motoneuronen von ALS-Patienten auf die Magnetfelder reagieren, wobei der gestörte axonale Transport von Organellen durch Stimulation reaktiviert und die axonale Regeneration wiederhergestellt wird. Wichtig ist, dass sie auch zeigten, dass gesunde Zellen durch die Magnetstimulation nicht geschädigt wurden.

Ultraschall könnte zukünftige Behandlungen für Motoneuronerkrankungen ermöglichen

Obwohl diese Ergebnisse vielversprechend erscheinen, unterstreicht das Team die Notwendigkeit einer langfristigen und in vivo Studien. „Wir betrachten diese in vitro „Die Ergebnisse sind ein ermutigender Ansatz auf dem Weg zu einer möglichen neuen Therapie für ALS und andere neurogenerative Erkrankungen“, sagt Herrmannsdörfer in einer Pressemitteilung. „Wir wissen aber auch, dass detaillierte Folgestudien erforderlich sind, um unsere Ergebnisse zu untermauern.“

Jetzt arbeiten innerhalb der ThaXonian Im Projekt planen Herrmannsdörfer und seine Kollegen weitere Studien, um die Parameter des angelegten Magnetfelds zu optimieren, die zelluläre Reaktion auf verschiedene magnetische Reize zu verstehen und die Behandlung an anderen neurodegenerativen Erkrankungen wie Parkinson, Huntington und Alzheimer zu testen.

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• Quelle: https://physicsworld.com/a/towards-a-cure-for-als-magnetic-stimulation-restores-impaired-motoneurons/