Mot en kur for ALS: magnetisk stimulering gjenoppretter svekkede motoneuroner – Physics World

Mot en kur for ALS: magnetisk stimulering gjenoppretter svekkede motoneuroner – Physics World

Tidsstempel: 5. juli 2023 5:00

Thomas Herrmannsdörfer og Richard Funk
Reaktivering av skadede motoneuroner Thomas Herrmannsdörfer (til venstre) og Richard Funk undersøker den terapeutiske effekten av magnetiske felt på svekkede motoneuroner. (Med tillatelse: HZDR/Amac Garbe)

Amyotrofisk lateral sklerose (ALS) er en alvorlig uhelbredelig lidelse der motoneuroner – nerveceller i hjernen og ryggmargen som sender signaler til muskler for å kontrollere bevegelse – blir skadet. Uten fungerende motoneuroner mottar ikke musklene instruksjoner og fungerer ikke lenger, noe som fører til progressiv lammelse, muskelatrofi og til slutt svikt i luftveiene.

Foreløpig er det ingen vellykket behandling for ALS, med medikamentelle behandlinger som bare har en marginal innvirkning på pasientens overlevelse. Med sikte på å løse denne mangelen, ledet et tverrfaglig forskerteam ved Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) Og TU Dresden undersøker potensialet ved å bruke magnetiske felt for å gjenopprette svekkede motoneuroner.

Påvirkningen av magnetisk stimulering på nevronale sykdommer har blitt mye undersøkt. Imidlertid er applikasjoner i perifere nerver knappe. I denne siste studien, rapportert i Celler, vurderte forskerne om magnetisk stimulering av perifere motoneuroner kunne gjenopprette defekter i stamcelleavledede motoneuroner fra ALS-pasienter med mutasjoner i FUS-genet (FUS-ALS).

Teamet - ledet av fysiker Thomas Herrmannsdörfer, cellebiolog Arun Pal og lege Richard Funk, og støttet av kolleger ved TU Dresden og University of Rostock – genererte spinale motoneuroner ved å omprogrammere induserte pluripotente stamceller hentet fra hudbiopsier av friske individer og pasienter med FUS-ALS. De designet og produserte elektromagnetiske spoler som kan opereres i cellekulturinkubatorer, og brukte disse til å eksponere motoneuronene for skreddersydde magnetiske felt.

Hver magnetisk stimulering omfattet fire påfølgende behandlinger (flere timer i varighet) med svært lave firkantbølgefrekvenser på 2 til 10 Hz. Behandlingene ble utført etter at cellene hadde modnet i 30 til 45 dager vitro, med spolene avslått i mellom. Etter den siste behandlingen holdt teamet cellene i kultur i to dager før de vurderte virkningen av den magnetiske stimuleringen.

Pulserende magnetfelt kan bidra til å bekjempe nevrodegenerative sykdommer
Mot en kur Pulserende magnetfelt kan bidra til å bekjempe nevrodegenerative sykdommer. (Med tillatelse: HZDR/Sahneweiß)

Gjenopprette aksonale defekter

Motoneuroner har lange projeksjoner kalt aksoner, som kan være opptil 1 m lange, som transporterer stoffer og overfører informasjon. Svik i transporten av aksonale organeller som mitokondrier og lysosomer bidrar til nevronal degenerasjon ved ALS. Derfor brukte forskerne levende celleavbildning og immunfluorescerende farging for å måle motiliteten til disse organellene i motoneuroner utsatt for magnetiske felt.

De undersøkte først den gjennomsnittlige organellhastigheten. Kvantitativ sporingsanalyse avslørte en redusert distal gjennomsnittshastighet for både mitokondrier og lysosomer i ubehandlede mutante FUS-motoneuroner sammenlignet med kontrollceller (avledet fra friske donorer). Eksponering for magnetiske felt reverserte gjennomsnittshastigheten i FUS-motoneuroner tilbake til kontrollnivåer, med de beste effektene sett ved bruk av svært lave frekvenser på omtrent 10 Hz.

Et annet kjennetegn ved ALS er en redusert evne til aksoner til å vokse og regenerere etter skader eller under aldring. Slik vekst er avgjørende for å opprettholde internevronal tilkobling på tvers av nerveender og overføring av informasjon. For å studere om magnetisk stimulering kunne forbedre slike defekter, brukte teamet levende avbildning av celler i mikrofluidkamre for å analysere den nye utveksten av aksonale vekstkjegler etter aksotomi (avskjæring av et akson).

Forskerne observerte en redusert gjennomsnittlig aksonal utveksthastighet i ubehandlede FUS-motoneuroner sammenlignet med kontrollceller. Magnetisk stimulering av FUS-motoneuronene ved 10 Hz økte den gjennomsnittlige utveksthastigheten betydelig tilbake til kontrollnivåer. De magnetiske feltene påvirket ikke den gjennomsnittlige utveksthastigheten i kontrollmotoneuroner.

I en rekke eksperimenter viste forskerne at motoneuroner fra ALS-pasienter reagerer på magnetfeltene, med nedsatt aksonal transport av organeller reaktivert ved stimulering og aksonal regenerering gjenopprettet. Viktigere, de viste også at friske celler ikke ble skadet av magnetisk stimulering.

Selv om disse funnene virker lovende, fremhever teamet behovet for langsiktig og in vivo studier. «Vi ser på disse vitro resultater som en oppmuntrende tilnærming på veien til en potensiell ny terapi for ALS, så vel som andre nevrogenerative sykdommer, sier Herrmannsdörfer i en pressemelding. "Vi vet imidlertid også at det kreves detaljerte oppfølgingsstudier for å bekrefte funnene våre."

Jobber nå innenfor ThaXonian prosjektet, planlegger Herrmannsdörfer og hans kolleger ytterligere studier for å optimalisere parametrene til det påførte magnetfeltet, forstå den cellulære responsen på ulike magnetiske stimuli og teste behandlingen på andre nevrodegenerative lidelser, som Parkinsons, Huntingtons og Alzheimers sykdommer.

Tidstempel:

Mer fra Fysikkens verden