info@healthconsult-exosomes.com
Gehirn- und Rückenmarksschädigungen
Durch Gehirn- und Rückenmarksschädigungen, z. B. als Unfall- oder Verletzungsfolgen (auch Hirnblutungen), ändert sich das Leben der Betroffenen schlagartig und radikal. Hier ist die Medizin sehr gefordert. Je nach Schädigungsregion und -größe können die Heilungschancen von therapeutischen Maßnahmen, inkl. Rehabilitationsmaßnahmen, sehr gering sein. Je jünger die Betroffenen sind, desto besser ist häufig die Prognose. Die Therapie solcher Verletzungen mit Exosomen könnte eine neue Ära einleiten, denn Exosomen unterstützen das Zentrale Nervensystem generell in seiner Regenerationsfähigkeit und begrenzen die nach einer Schädigung typischen Entzündungen, die die Folgen der Verletzung verstärken, ein weiteres Absterben von Nervengewebe bewirken und die Prognose weiter verschlechtern. Die Studienlage mit MSC-Exosomen zeigt sehr positve Wirkungsweisen, die hoffentlich bald in die medizinische Praxis einfließen werden.
Exosomen – Verbesserungen nach Gehirnschädigung
In dieser Untersuchung erzielte eine Gabe (Injektion) von Exosomen nach einer Gehirnschädigung bei Ratten im Vergleich zu nicht behandelten Tieren klare Verbesserungen: Das Zusammenspiel von Sinnesorganen, Reizweiterleitung und Bewegungen (Sensomotorik) sowie die Informationsverarbeitung im Gehirn (kognitive Funktionen) konnten sich besser reorganisieren als ohne die Gabe von Exosomen. Außerdem war die zur Heilung notwendige Blutgefäß- und Nervenneubildung stärker, der Verlust von Nervenzellen in bestimmten Gehirnteilen (Hippokampus) geringer und es traten weniger Entzündungen der Nerven im Bereich der Schädigung auf, was die Heilungchancen insgesamt erhöht. Die positiven Effekte der Exosomen waren stärker, wenn sie direkt am ersten Tag nach der Schädigung gegeben wurden, hatten aber auch am Tag 7 nach der Schädigung noch einen deutlich verbessernden Effekt.
Mesenchymal Stem Cell-Derived Exosomes Improve Functional Recovery in Rats After Traumatic Brain Injury: A Dose-Response and Therapeutic Window Study
Yanlu Zhang, Yi Zhang, Michael Chopp, Zheng Gang Zhang, Asim Mahmood, Ye Xiong
Neurorehabil Neural Repair. 2020 May 28, doi: 10.1177/1545968320926164.
Mit Exosomen Gehirnfunktionen wieder herstellen
Schon 2015 wurden die ersten Versuche mit Exosomen nach einer Gehirnschädigung durchgeführt. Es konnte gezeigt werden, dass bei Ratten nach einer Verletzung mit anschließender Exosomengabe (Injektion in die Vene) die Regeneration erfolgreich verbessert werden konnte. Sowohl das räumliche Lernen als auch die sensomotorischen Fähigkeiten der behandelten Tiere waren im Vergleich gesteigert. Außerdem zeigten die behandelten Tiere deutlich mehr neue Epithelzellen in der Grenzregion der Schädigung sowie im Gyrus dentatus (Hippocampusregion), der auch eine höhere Anzahl unreifer und reifer Neuronen aufwies, also mehr Regenerationsfähigkeit und Plastizität ermöglichen. Darüber hinaus konnte die begleitende Entzündung des betroffenen Nervengewebes reduziert werden.
Effect of exosomes derived from multipluripotent mesenchymal stromal cells on functional recovery and neurovascular plasticity in rats after traumatic brain injury
Yanlu Zhang, Michael Chopp, Yuling Meng, Mark Katakowski, Hongqi Xin, Asim Mahmood, Ye Xiong
J Neurosurg. 2015 Apr;122(4):856-67.
Exosomen können über die Nase aufgenommen werden, um im Gehirn hilfreich zu sein
Exosomen sind wichtiger Bestandteil der sogenannten extrazellulären Vesikel, die Zellen natürlicherweise abgeben. Ihre Größe von ca. 30 bis 150 Nanometern macht es möglich, dass sie schnell und effektiv von Schleimhäuten aufgenommen werden können. Dies zeigt sich in dieser Studie: Eine einseitig in die Nase eingesprühte Flüssigkeit mit extrazellulären Vesikeln inkl. Exosomen reichte aus, um diese – und damit ihren Inhalt – in beiden Gehirnhälften ankommen zu lassen. Dabei fiel auf, dass die Exosomen zwar überall nachweisbar waren, sich wurden jedoch besonders stark dort aufgenommen, wo ein Schaden des Hirns zu finden war. Diese Art der Verabreichung macht eine Behandlung mit Exosomen – im Vergleich zu anderen Techniken — zu einer sehr einfachen Therapie.
Intranasally administered human MSC-derived extracellular vesicles pervasively incorporate into neurons and microglia in both intact and status epilepticus injured forebrain.
Kodali M, Castro OW, Kim DK, Thomas A, Shuai B, Attaluri S, Upadhya R, Gitai D, Madhu LN, Prockop DJ, Shetty AK.
Int J Mol Sci. 2019 Dec 26;21(1):181.
Exosomen in Zellkultur und - bei Rhesus-Affen nach Gehirnschädigung
Diese beiden Untersuchungen wurden von einer Arbeitsgruppe durchgeführt, die zuerst weibliche Rhesusaffen in bestimmten feinen Bewegungen unterrichtete. Als die Tiere die Handgriffe beherrschten wurde ihnen eine moderate Quetschung des Gehirns (motorischer Cortex) zugefügt. 24 Stunden danach und nochmals nach 14 Tagen wurden einer Gruppe dieser trainierten Affen Exosomen in den Blutkreislauf gegeben und nachfolgend ihre motorischen Fähigkeiten beobachtet. Es zeigte sich, dass die mit Exosomen behandelten Affen im Gegensatz zur Vergleichsgruppe die erlernten feinen Bewegungsmuster wieder vollständig zeigten. Um zu erfahren, welche Mechanismen hinter diesen Beobachtungen stecken, wurde in einer zweiten Untersuchung im Labor an Nervenzellen aus den Gehirnen der Affen gearbeitet. Die mit Exosomen behandelten Nervenzellen zeichneten sich durch komplexere Verzweigungen, eine höhere Zelldichte, eine stärkere dendritische Plastizität und eine bessere Filterung der Nervensignale aus. Die Zellen zeigten geringere Feuerraten und bessere Anpassungen sowohl ihrer Dendritenbildung und als auch im Verhältnis von anregenden (excitatorischen) zu dämpfenden (inhibitorischen) Signalen. Alles Zeichen, die die physiologisch regelgerechte Regeneration des Nervengewebes unterstützen.
Treatment with mesenchymal-derived extracellular vesicles reduces injury-related pathology in pyramidal neurons of monkey perilesional ventral premotor cortex
Medalla M, Chang W, Calderazzo SM, Go V, Tsolias A, Goodliffe JW, Pathak D, De Alba D, Pessina M, Rosene DL, Buller B, Moore TL.
J Neurosci. 2020 Apr 22;40(17):3385-3407.
Mesenchymal derived exosomes enhance recovery of motor function in a monkey model of cortical injury.
Moore TL, Bowley BGE, Pessina MA, Calderazzo SM, Medalla M, Go V, Zhang ZG, Chopp M, Finklestein S, Harbaugh AG, Rosene DL, Buller B.
Restor Neurol Neurosci. 2019;37(4):347-362.
Nach nur einer einzelnen Exosomen - Gabe Verbesserungen der Regeneration
In dieser Untersuchung wurde Schweinen eine Gehirnschädigung beigebracht. Eine Stunde nach der Verletzung wurden MSC-Exosomen gegeben und täglich die neurologische Entwicklung begutachtet: Die behandelten Tiere zeigten im Vergleich mit unbehandelten eine klar bessere neurologische Erholung. Nach sieben Tagen konnte festgestellt werden, dass sich die Schädigung bei den mit Exosomen behandelten Tieren deutlich stärker verkleinert hatte und die Level bestimmter Entzündungsmarker verringert und des Granulocyten-Makrophagen-stimulierenden Faktors erhöht hatten. Weiterhin zeigten die behandelten Tiere niedrigere Level an BAX (beschleunigt den programmierten Zelltod) und NFkB (Transkriptionsfaktor, z. B. wichtig für Entzündungen) sowie erhöhte bei BDNF (Schutz bestehender sowie Wachstumsförderer neuer Nerven). Somit konnten die Exosomen helfen, den Schaden schneller zu beseitigen, entzündliche Vorgänge zu begrenzen. Darüber hinaus erhöhten sie die neurologische Plastizität der Tiere und ermöglichten damit eine schnellere Gesundung.
Early single-dose exosome treatment improves neurologic outcomes in a 7-day swine model of traumatic brain injury and hemorrhagic shock.
Williams AM, Wu Z, Bhatti UF, Biesterveld BE, Kemp MT, Wakam GK, Vercruysse CA, Chtraklin K, Siddiqui AZ, Pickell Z, Dekker SE, Tian Y, Liu B, Li Y, Buller B, Alam HB. J Trauma Acute Care Surg. 2020 Aug;89(2):388-396.
Exosomen wirken Entzündungen und Vernarbung bei Rückenmarksschädigung entgegen
Exosomen, als Bestandteil der sogenannten extrazellulären Vesikel von Nabelschnurgewebe, wurden in dieser Untersuchung 24 Stunden nach einer Rückenmarksschädigung im Tiermodell eingesetzt. Die normalerweise auf die Verletzung folgende Entzündung fiel bei den behandelten Tieren in den darauffolgenden 14 Tagen klar geringer aus. Ebenso reduzierte sich die Narbenbildung an der Verletzungsstelle deutlich. Damit schaffen Exosomen gute Voraussetzungen, eine Heilung bestmöglich zu unterstützen. Exosomen ziegen damit eindeutig ihr großes Potenzial für den Einsatz in der Medizin der Zukunft.
Extracellular vesicles can deliver anti-inflammatory and aanti-scarring activities of mesenchymal stromal cells after spinal cord injury.
Romanelli P, Bieler L, Scharler C, Pachler K, Kreutzer C, Zaunmair P, Jakubecova D, Mrowetz H, Benedetti B, Rivera FJ, Aigner L, Rohde E, Gimona M, Strunk D, Couillard-Despres S.
Front Neurol. 2019 Nov 29;10:1225.
miRNA21 in Exosomen ist wichtig bei - deren Wirksamkeit bei Rückenmarksschädigungen
MikroRNAs (miRNAs) sind seit einigen Jahren Gegenstand der Forschung. Sie spielen eine Rolle bei der Regulation der Bildung diverser Proteine, indem sie in diesen Prozess (Translation) hemmend oder fördernd eingreifen. Die Bennennung der miRNAs geschieht durch einfaches Abzählen in der Reihenfolge ihrer Entdeckung. miRNA21 wurde bereits 2001 entdeckt. Seitdem wird an dieser miRNA geforscht. Derzeit ist bekannt, dass sie in der Regulation von einigen Tumorsuppressoren beteiligt ist, aber unter ihren Zielmolekülen sind auch ganz andere Proteine (z. B. wichtig für das Cytoskelett u. a.). Gut bekannt ist die Bedeutung von miRNA21 daher bei Krebs- und Herzerkrankungen. Inzwischen hat sich das Spektrum jedoch noch erweitert: Studien von 2019 zeigen, dass miRNA21 auch bei Rückenmarksschädigungen wichtig sind. So steigt miRNA21 mit Dauer und Schwere der Erkrankung an.
[Literaturstelle]
The Value of MicroRNAs as an Indicator of the Severity and the Acute Phase of Spinal Cord Injury.
Park J, Yi DS, Jang J, Hong J.
Ann Rehabil Med. 2019 Jun;43(3):328-334.
miRNA21 hat starke antiapoptotische Eigenschaften, das heißt, es hemmt den programmierten Zelltod (Apoptose). Daher ist es sinnvoll, wenn miRNA21 in verletztem Nervengewebe hochreguliert wird, um dort den Gewebeuntergang zu begrenzen. In gesundem Nervengewebe ist das Level dieser mikroRNA niedrig. Wird verletztem Nervengewebe im Labor (in vitro) miRNA21 gegeben, zeigt sich eine höhere Überlebensrate der Zellen als in unbehandelten Proben. Auch im Tiermodell einer Rückenmarksschädigung zeigt sich eine klar stärkere Erholung mit deutlich besserer Bewegungsfähigkeit der betroffenen Extremitäten, wenn miRNA21 gegeben wird.
The protective effect of microRNA-21 in neurons after spinal cord injury.
Zhang T, Ni S, Luo Z, Lang Y, Hu J, Lu H.
Spinal Cord. 2019 Feb;57(2):141-149.
Exosomen enthalten viele verschiedene miRNAs. Welche das sind lässt sich z. T. durch die Kulturbedingungen bei der Exosomen-Produktion beeinflussen. In der folgenden Studie wurden Exosomen eingesetzt, die wenig bzw. viel miRNA21 enthielten. Die Ergebnisse bestätigten die positive Wirkung von miRNA21 bei Rückenmarksschädigungen. Aufgrunddessen empfiehlt es sich für eine potenzielle Behandlung einer Rückenmarksschädigung Exosomen einzusetzen, die die miRNA21 in sich tragen.
miR-21 deficiency contributes to the impaired protective effects of obese rat mesenchymal stem cell-derived exosomes against spinal cord injury.
Ji W, Jiang W, Li M, Li J, Li Z.
Biochimie. 2019 Dec; 167:171-178.
Neue Art der Verabreichung von - Exosomen vielversprechend bei Rückenmarksschädigungen
Exosomen haben eine gute Wirkung bei Nervenschädigungen. Jedoch ist die Art der Verabreichung dabei noch nicht ausgereift. In dieser Arbeit wurde eine neue Technik entwickelt und mit guten Erfolgen angewendet: Exosomen von menschlichen MSC werden dafür in ein Hydrogel eingebettet, das an Oberflächen anhaften kann. Diese Exosomen-Gele können im geschädigten Areal aufgebracht werden (Implantation) und dort über einen längeren Zeitraum verbleiben. In Verlauf dieser Zeit werden die enthaltenen Exosomen freigesetzt, die damit kontinuierlich auf die Nervenzellen einwirken und die Mikroumgebung der Verletzung günstig beeinflussen können (z. b. antientzündlich, gegen Zerstörung durch Radikale u. a.).
Transplantation of human mesenchymal stem-cell-derived exosomes immobilized in an adhesive hydrogel for effective treatment of spinal cord injury
Liming Li, Yu Zhang, Jiafu Mu, Jiachen Chen, Chenyang Zhang, Hongcui Cao, Jianqing Gao
Nano Lett. 2020 Jun 10;20(6):4298-4305