Richtungsweisende Ergebnisse in Neurowissenschaften dank Carbon Nanotubes
Carbon Nanotubes (CNTs) kann man sich als winzig kleine Zylinder vorstellen. Trotz ihrer Winzigkeit sind sie stärker als Stahl und weisen hervorragende stromleitende Eigenschaften auf. Wissenschaftler haben Säulen aus CNTs mit den genau richtigen Dimensionen kreiert. Dadurch ist es Ihnen möglich geworden, zu kontrollieren, in welche Richtung Nervenzellen wachsen. Dies ist ein spannender Schritt für die Bildung von komplexen, gerichteten neuronalen Zellnetzwerken.
Neurowissenschaften untersuchen die Struktur und Funktion des Nervensystems von der Zell- und Molekularbiologie bis zu neuronalen Krankheiten wie Alzheimer oder Verletzungen des Rückenmarks. Trotz vielen beachtlichen Fortschritten, veranschaulicht zum Beispiel durch Studien zu Nervenstörungen und neuartigen Behandlungsmethoden, bleiben viele Herausforderungen in diesem Gebiet. Für den Fortschritt in Neurowissenschaften ist die Nanotechnologie nicht wegzudenken.
CNTs werden nunmehr seit mehr als 25 Jahren untersucht und sie haben über diese Zeit massgeblich zu markanten Fortschritten in der Nanotechnologie beigetragen. Die meisten elektronischen Geräte wie Computer oder Smart Phones beinhalten CNTs als Teil ihrer Komponenten. Die üblichste Verwendung von CNTs ist als Strukturverstärkung in Fahrradrahmen oder Tennisschlägern, um einige Beispiele zu nennen.
«Meine Forschung ist sehr multidisziplinär geworden. Als ausgebildete Physikerin habe ich Strategien der Materialwissenschaften zum Verständnis biologischer Systeme angewandt. Nach der Doktorarbeit habe ich zwei Jahre am früheren Departement für Anatomie und Zellbiologie an der Universität Oulu gearbeitet. Als ich dann mit Prof. Krisztian Kordas zu arbeiten begonnen habe, erfuhr ich mehr über CNTs. Die Idee, Eigenschaften von CNTs für die Medizin zu nutzen, begann mich zu interessieren, also habe ich begonnen für dieses Gebiet Fördermittel zu beantragen», erläutert die Dozentin Gabriela Lorite Yrjänä, die leitende Forscherin dieses Projekts. «Dieses Paper ist das Resultat von InjectGuide, eines meiner Projekte, das von der finnischen Akademie unterstützt wurde. Die Veröffentlichung in einem renommierten Journal ist sicherlich ein Zeichen der Anerkennung, aber mein grosses Ziel ist es, dieses Wissen für die Gesellschaft zu nutzen und somit die Investitionen, die wir von Förderorganisationen wie der Akademie oder der Europäischen Kommission erhalten, an anderer Stelle zurück zu zahlen.»
Die Möglichkeit, das Wachstum von Neuronen zu kontrollieren, eröffnet in zwei Bereichen der Neurowissenschaften neue Möglichkeiten. Damit können nämlich einerseits neue Arten von mikroelektronischen Chips zur Untersuchung der Elektrophysiologie von Zellnetzwerken geschaffen werden. Die momentan verwendeten Chips sind zweidimensional, während Neuronen im menschlichen Körper in einer viel komplexeren, dreidimensionalen Umgebung wachsen. Die Resultate dieses Projekts zeigen klar auf, dass solche CNT-Mikrosäulen als Vorlagen für mikroelektronische Chips verwendet werden können.
Eine zweite mögliche Applikation dieser Resultate hat mit der Behandlung von Verletzungen des Rückenmarks oder peripheren Nerven zu tun. Die Herausforderung bei solchen Verletzungen ist nämlich gerade das gerichtete Wachsen von Nervenzellen.
«Unsere Resultate liefert den Beweis, dass durch die Anordnung der CNT-Mikrosäulen in bestimmten räumlichen Abständen das gerichtete Wachstum von Neuronen in gewünschte Richtung und Struktur möglich wird. Der momentan verbleibende Wermutstropfen im Zusammenhang mit klinischer Nutzung ist, dass die CNTs auf einer festen Fläche angebracht sind», sagt Yrjänä. «Als Nächstes zielen wir deshalb darauf ab, unser Wissen auf komplexe, dreidimensionale Strukturen zu übertragen. Diese Arbeit wird mit Prof. Minna Kellomäki von der Tampere Universität durchgeführt. Sie ist Expertin für Hydrogele in der Gewebezüchtung. Die Zusammenarbeit in einem solch multidisziplinärem Forschungsprojekt ist sehr wichtig, damit Fortschritt in der angewandten Forschung erzielt werden kann.»
Yrjänä und ihr Team sind auch darauf aus, die CNTs für die Behandlung von Knorpelgewebe zu nutzen, also eine Anwendung ausserhalb der Neurowissenscahften. Dieses Forschungsthema ist Teil des RESTORE-Projekts, welches im Rahmen des EU Horizon 2020 Research and Innovation Programms finanziert wird.
Die spannenden Resultate der Forschungsgruppe wurden kürzlich in Nano Research publiziert.
Quelle: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=54021.php
Originalartikel: "Carbon nanotube micropillars trigger guided growth of complex human neural stem cells networks"
Bildquelle: "Carbon nanotube micropillars trigger guided growth of complex human neural stem cells networks"