Bei neurodegenerativen Erkrankungen wie der amyotrophen Lateralsklerose (ALS) oder der spinalen Muskelatrophie kommt es zu einer Fehlfunktion des neuromuskulären Übergangs vom Motoneuron zur Muskelfaser. Aus vielfältigen Gründen wie z.B. Speziesunterschieden zwischen Mensch und Tier ist für die Entwicklung und Auswahl wirksamer Medikamente zur Behandlung dieser Erkrankungen und ein Humanmodell von großer Bedeutung.

Im Gegensatz zu anderen Tests, die die neuromuskuläre Funktion in Co-Kulturen oder mittels Biomarker-Aktivität und Proteinanalyse untersuchen, besteht das Modell von Hesperos aus einer funktionierenden Plattform, auf der menschliche neuronale Verbindungen zum Skelettmuskel nachgebildet werden.

Das Mikrofluidik-Gerät ist durch eine dünne Silikonmembran kompartimentiert, wobei winzige Mikrotunnel Übergänge bilden. Aus menschlichen Stammzellen gezüchtete Nervenzellen (Motoneuronen) und Skelettmuskelzellen (Myoblasten) werden auf den gegenüberliegenden Seiten der Membran serumfrei. Über mehrere Tage verschmelzen die Muskelzellen zu Muskelfasern (Myotubes). Die Motoneurone senden Axone (lange Ausläufer, die elektrische Impulse vom Nervenzellkörper wegleiten) durch die Mikrotunnel und bilden neuromuskuläre Verbindungen mit den Myotubes. Die Verbindungen dienen als Kommunikationskanäle zwischen den beiden Zelltypen, ähnlich der Situation im menschlichen Körper. Am Ende haben sich Mini-Muskeln gebildet, die durch Motoneuron-Aktivierung oder direkte elektrische Stimulation kontrahiert werden können. Mit dem Modell können Arzneimittel in Einzeldosen oder in mehreren Dosen über einen längeren Zeitraum getestet werden um zu messen, wie das Muskelsystem reagiert.

In einer vom National Institutes of Health finanzierten Studie wurden Dosis-Wirkungs-Kurven für drei Substanzen erstellt (Curare-Toxin, Alpha-Bungarotoxin und ein zugelassenes Medikament, das Botulinum-Toxin (BOTOX®)). Die Ergebnisse stimmten mit vorliegenden Daten vom Menschen und Ergebnissen aus klinischen Studien überein.

Die neue Technologie ist im aktuellen Journal „Biomaterials“ veröffentlicht worden:
Santhanam, N., Kumanchik, L., Guo, X., Sommerhage, F., Cai, Y., Jackson, M., Martin, C., Saad, G., McAleer, C. W., Wang, Y., Lavado, A., Long, C. J. & Hickman, J. J. (2018). Stem cell derived phenotypic human neuromuscular junction model for dose response evaluation of therapeutics. Biomaterials, accepted manuscript. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29547745

Quelle:
http://www.hesperosinc.com/news/2018/4/30/first-functional-stem-cell-derived-neuromuscular-junction-model-licensed