Nach einer traumatischen Hirnverletzung wird der schädlichste Schaden durch eine sekundäre Schwellung des im Schädel komprimierten Gehirns verursacht. Dafür gibt es keine Behandlung.
Wissenschaftler der Northwestern Medicine konnten in einer vorklinischen Studie innerhalb von zwei Stunden nach der Verletzung Nanopartikel in den Blutkreislauf injizieren und so Schwellungen und Schäden des Gehirns nach einer traumatischen Hirnverletzung deutlich reduzieren.
"Die Ergebnisse sind weitaus besser als wir vorhergesagt haben", sagte Dr. Jack Kessler, Professor für Neurologie an der Feinberg School of Medicine der Northwestern University und leitender Autor der Studie. „Wir glauben, dass dies die erste wirkliche und praktische Behandlung für Menschen mit einem signifikanten Schädel-Hirn-Trauma sein könnte.“
Die Studie wird am 22. Januar in Annals of Neurology veröffentlicht.
Die Nanopartikel bestehen aus einer von der FDA zugelassenen Materi altabelle und könnten leicht in eine Spritze geladen und unmittelbar nach einer traumatischen Hirnverletzung im Feld von Rettungssanitätern oder in der Notaufnahme verabreicht werden, um Folgeschäden zu vermeiden, stellte Kessler fest.
Die Wissenschaftler haben erste Schritte unternommen, um die FDA-Zulassung für eine klinische Studie zu erh alten.
Von traumatischen Hirnverletzungen sind laut einem Bericht des Centers for Disease Control aus dem Jahr 2010 jedes Jahr etwa 2,5 Millionen Menschen in den USA betroffen. Diese Zahlen berücksichtigen jedoch keine Personen, die keine medizinische Versorgung erh alten haben, ambulant versorgt wurden oder in einer Bundeseinrichtung versorgt wurden, wie z. B. Personen, die in den USA dienen. S. Militär. Soldaten, die im US-Militär dienen, sind einem hohen Risiko für traumatische Hirnverletzungen ausgesetzt.
Nach einer traumatischen Hirnverletzung löst der Körper eine Entzündungsreaktion aus, die eine Kaskade von Immunantworten auslöst, die zu einer Hirnschwellung führen.
"Ein Patient kann gehend und sprechend in die Notaufnahme kommen, aber dann schwillt sein Gehirn an. Sie gehen sofort bergab und können sterben", sagte Kessler. "Jetzt kann ein Chirurg nur noch den Schädel öffnen, um den Druck zu verringern, aber das Gehirn schwillt immer noch an."
Wie Nanopartikel gefährliche Schwellungen verhindern
Die Nanopartikel fungieren als Köder, um die Immunzellen davon abzuh alten, sich in das Gehirn zu stürzen und mehr Schaden anzurichten. Die Partikel mit dem Namen IMPS für immunmodifizierende Nanopartikel sind lediglich leere Hüllen und enth alten keine Medikamente oder Fracht.
Nach einer traumatischen Hirnverletzung eilt eine bestimmte Population von Monozyten – großen weißen Blutkörperchen – zur Verletzungsstelle und versucht, Trümmer von beschädigten Gehirnzellen zu entfernen und entzündliche Proteine abzusondern, die andere Immunzellen stimulieren. Diese Immunkaskade erzeugt Schwellungen und Entzündungen, die unbeabsichtigt umliegendes gesundes Gehirngewebe schädigen.
Aber wenn die Wissenschaftler die Nanopartikel kurz nach der Verletzung in den Blutkreislauf injizieren, werden diese Monozyten dazu verleitet zu glauben, dass die Nanopartikel in fremde Materialien eindringen. Sie verschlingen die Partikel und führen sie zur Milz zur Entsorgung. Die abgelenkten Monozyten sind nicht mehr da, um in das Gehirn einzudringen und Probleme zu verursachen.
In der Studie hatten Mäuse, die die Nanopartikel nach einer traumatischen Hirnverletzung erhielten, im Vergleich zu Mäusen, die die Nanopartikel nicht erhielten, eine stark reduzierte Schwellung und die Hälfte der Schädigung des Gehirngewebes. Eines der Verletzungsmodelle ahmte eine traumatische Hirnverletzung mit geschlossenem Kopf nach, die bei Menschen üblich ist. In diesem Modell verbesserten sich die motorischen und visuellen Funktionen der Tiere nach der Nanopartikel-Injektion.
"Wir haben vorhergesagt, dass es einen Effekt geben würde, aber der Effekt stellte sich als ziemlich verblüffend heraus. Es ist bemerkenswert, wie gut die Tiere abschneiden", sagte Hauptautor Sripadh Sharma, ein MD-Doktorand von Feinberg.
Sharma, der seine Rotation in der Neurologie macht, sieht Potenzial, jungen und professionellen Athleten sowie Soldaten zu helfen. „Diese Partikel schlagen selektiv die schädlichen Zellen aus, die beginnen, das Gehirn innerhalb von ein paar Stunden nach der Verletzung zu infiltrieren, und erreichen ihren Höhepunkt in drei Tagen. Wir können eingreifen, bevor der Sekundärschaden beginnt.“
Der nordwestliche Wissenschaftler Stephen Miller war ursprünglich an der Entwicklung der Nanopartikel beteiligt, um Lebensmittelallergene in das Immunsystem einzuführen, um Toleranz bei Lebensmittelallergien zu schaffen. Die Mikropartikel wurden auch zur Behandlung von Multipler Sklerose verwendet, indem Myelin in das Immunsystem eingeführt wurde, um dessen Reaktivität darauf zu reduzieren.
Nanopartikel gegen Herzinfarkt, Colitis und West-Nil-Enzephalitis-Virus
Dann stellte Miller 2014 in einem Artikel in Science Translational Medicine fest, dass die Mikropartikel den Tod von Mäusen verhinderten, die mit dem West-Nil-Enzephalitis-Virus infiziert waren. Dies führte zur Arbeit an anderen Modellen akuter Entzündungen, einschließlich Herzinfarkt, Colitis und Peritonitis. Vor kurzem begann Miller die Zusammenarbeit mit Kessler, dessen Forschungsschwerpunkt Hirn- und Rückenmarksverletzungen sind.
Miller ist Judy Gugenheim Research Professor of Microbiology-Immunology bei Feinberg.
Die Nanotechnologie wurde an COUR Pharmaceuticals Co. lizenziert, ein von Miller mitbegründetes Biotechnologieunternehmen mit Sitz in Northbrook, Illinois. Miller, der Mitglied des wissenschaftlichen Beirats von COUR ist, ist Aktienstipendiat und bezahlter Berater des Unternehmens. Die Northwestern University hat eine finanzielle Beteiligung an COUR.
Die Forschung wurde unterstützt durch die Stipendien F31 NS105451-02 des National Institute of Neurologic Disease and Stroke, R01 AG054429 des National Institute on Aging und R01 EB-013198 des National Institute of Biomedical Imaging and Engineering, alle von die National Institutes of He alth.
