ThaXonian - Magnetic Axon Therapy

ThaXonian ist ein interdisziplinäres Forschungsprojekt mit dem Ziel, magnetfeldgestützte Therapieverfahren und Anlagen zur Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen zu entwickeln. ThaXonian ist aus dem Projekt NeuroMax hervorgegangen. Mit Hilfe dieser Anlagen sollen elektromagnetische Felder zur Erzeugung therapeutischer Wirkungen in bestimmten Nervenzellen und deren Fortsätzen, den Motoneuronen und Axonen, genutzt werden. Als Maximalmodell einer neuronalen Krankheit dient die Amyotrophe Lateralsklerose (ALS). Die Entwicklung und Optimierung der Therapieanlage basiert auf Ergebnissen zellbiologischer Untersuchungen an humanen Motoneuronen. In diesen Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass gestörte Motoneuronen durch Magnetpulse bei einer bestimmten Frequenz reaktiviert werden und sogar ihre ursprüngliche Leistungsfähigkeit zurückerhalten.

 

• Aktueller Stand
• ThaXonian-Technologie
• Prototyp-Therapie-Anlage
• Wissenschaftlicher Hintergrund: Infografik
• Zwischenfazit
• Über die ALS-Erkrankung
• ThaXonian-Film
• Informationen abonnieren
• Spendenkonto

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Aktueller Stand

Um die Forschung zur Reaktivierung der Motoneuronen mit Magnetfeldern fortsetzen und in die klinische Praxis überführen zu können, fördert das Sächsische Wissenschaftsministerium (SMWK) das Projekt „ThaXonian-M2M“ seit Juli 2024 für insgesamt drei Jahre mit circa zwei Millionen Euro.

Die seit Beginn des Projektes laufenden In-vitro-Untersuchungen (Zellversuche) werden fortgesetzt. Dank eines neuen hochleistungsfähigen Lasermikroskops ist es nun möglich, die Erkenntnisse über die Wirkung der Magnetfelder auf humane Nervenzellen weiter zu vertiefen. Das Lasermikroskop erlaubt detaillierte Echtzeit-Aufnahmen von lebenden Zellen; der Einfluss von Magnetfeldern auf den Stoffwechsel von gesunden Zellen und von Zellen mit ALS-Mutationen wird untersucht und verglichen. Die bisherigen Ergebnisse untermauern die Hypothese, dass durch oszillierende oder gepulste Magnetfelder die Bewegungen und der Stoffwechsel der Zellen von ALS-Patienten erhöht werden. Darüber hinaus werden die genauen Wirkzusammenhänge zwischen den Magnetfeldern und erkrankten Neuronen analysiert, um eine gezielte Therapie entwickeln zu können. Hierbei werden einzelne Magnetfeldparameter variiert und die Reaktion der Zellkulturen unmittelbar studiert.

Parallel dazu werden in enger Zusammenarbeit mit dem Zentrum für Regenerative Therapien Dresden (CRTD) Transkriptomanalysen durchgeführt. Hierbei geht es um die Untersuchung der RNS-Transkripte in Zellen. Die Forschenden gehen davon aus, dass die der neurodegenerativen Erkrankung ALS zugrundeliegenden pathologischen Veränderungen der axonalen Transportvorgänge (Organellenbewegung) entlang der Mikrotubuli in den geschädigten Motoneuronen auch auf einer Missregulierung der zugrundeliegenden Gene (also der Genexpression) beruhen. Deshalb untersucht das Team um den Zellbiologen Dr. Arun Pal, ob und wie die Magnetfeldexposition auf die Genregulation in den Zellen wirkt und somit diese essentiellen Transportvorgänge wiederherstellt. Durch diesen Ansatz wird die Reaktion der Zelle auf die Magnetfeldexposition und damit der Wirkmechanismus dieses neuartigen Therapieansatzes grundlegend analysiert. Diese Erkenntnisse helfen, dieses Verfahren für eine zukünftige Anwendung in der Klinik mechanistisch besser zu verstehen, noch effizienter zu gestalten und weiter zu verbessern. Erste Ergebnisse zeigen, dass ausgewählte Gene, die für die Leistungsfähigkeit der Motoneuronen und Mikrotubuli verantwortlich sind, sich nach einer Befelderung verändern.

Außerdem wird untersucht, inwieweit die Erkenntnisse, die bisher auf der Arbeit mit gestörten Motoneuronen von ALS-Patient*innen und gesunden Proband*innen beruhen, auch auf andere neurodegenerative Erkrankungen wie zum Beispiel Alzheimer, Morbus Parkinson, altersbedingte und diabetische Polyneuropathie übertragbar sind.  Da die Methodik an grundlegenden zellbiologischen Prozessen ansetzt, geht das ThaXonian-Team Team davon aus, dass die Übertragbarkeit sehr wahrscheinlich ist.

Im Video (links) ist der Organellenverkehr (Mitochondrien) im Zeitraffer in Axonen gesunder Motoneuronen innerhalb der Mikrokanäle dargestellt. Der Ferntransport der Mitochondrien in den besonders langen Axonen der spinalen Motoneuronen ist besonders kritisch für das Überleben und Funktionieren dieser Nervenzellen, weil dieser Organellentyp für die gesamte Energieversorgung zuständig ist. Werden Mitochondrien durch pathologische Transportdefekte nicht mehr korrekt in die Fernregionen der Axone ausgeliefert, führt dieser Versorgungsengpass mutmaßlich zum ALS-typischen Absterben der Motoneuronen. Durch diese Videomikroskopie kann das therapeutische Potential verschiedener Magnetfeld-Einstellungen unmittelbar im In-vitro-Modell evaluiert werden.

In einem zweiten Themenfeld geht es um den Übergang zu In-vivo-Untersuchungen. Dabei sollen die bisher an Zellkulturen gewonnenen Erkenntnisse an Mausmodellen verifiziert werden. Das Team will im Tierversuch zeigen, inwieweit die an humanen In-vitro-Zellkulturen beobachteten Ergebnisse auf das wesentlich komplexere In-vivo-Gewebe, in dem Motoneuronen beispielsweis von Gliazellen und Blutbahnen umgeben sind, übertragbar sind. Ziel ist es, die Sicherheit und Wirkung von Magnetfeldstimulationen zu verifizieren. Dies ist eine notwendige Voraussetzung, um später erste Probandenstudien beantragen zu können.

Eine solche Studie wird derzeit in Kooperation mit der Medizinischen Hochschule Hannover an Mäusen, die an ALS leiden, durchgeführt. Mit dieser Studie soll die Sicherheit des Verfahrens validiert werden. Im besten Fall können darüber hinaus bereits Abschätzungen zur Wirksamkeit am lebenden Organverbund getroffen werden. Die Studie wird voraussichtlich im Sommer 2025 beendet. Erst dann können belastbare Aussagen aus den Ergebnissen abgeleitet werden.

ThaXonian-Technologie: Prototyp-Therapie-Anlage

In den vergangenen Jahren hat das ThaXonian-Team um Dr. Thomas Herrmannsdörfer den Prototypen eines Therapiegerätes entworfen, das die stimulierenden Magnetfelder an die relevanten Bereiche des Körpers bringt. Um diesen Demonstrator für einen eventuellen Einsatz an Proband*innen und Patient*innen vorzubereiten, sind umfangreiche technische Validierungs- und Weiterentwicklungsarbeiten erforderlich, die die Einhaltung der regulatorischen Vorgaben der europäischen Verordnung für Medizinprodukte garantieren. Ziel ist es, mit dem Demonstrator die in den In-vitro- und In-vivo-Experimenten ermittelten therapeutisch notwendigen Magnetfelder sicher erzeugen und steuern zu können. In Anbetracht der benötigten Feldstärke, ihrer flächigen Ausdehnung, den technischen Gegebenheiten in Kliniken sowie den ergonomischen Auswirkungen der Erkrankung bedarf es eines großen ingenieurtechnischen Aufwandes. Hinzu kommen regulatorische Vorgaben, die schon jetzt berücksichtigt werden, um eine künftige Zulassung zu klinischen Studien zu erhalten. Das Hochfeld-Magnetlabor Dresden (HLD) bietet ausgezeichnete und optimale Bedingungen, um eine Prototyp-Pulsfeld-Therapieanlage für neuronale Erkrankungen zu entwickeln.

Die Planung der konstruktiven Gestaltung, der Leistungs-, Kontroll- und Steuerelektronik sowie der Software der ThaXonian-Therapieanlage hat das Team entsprechend vorangetrieben. Die Gestaltung des optischen Designs und die Gesamtkonstruktion der Therapieanlage wurden mit Unterstützung der Professur für Technisches Design der TU Dresden gemeistert. Das Team hat bereits erste Pilotexperimente mit Komponenten der Therapieapparatur durchgeführt und dabei die Wirksamkeit transienter Magnetfelder zur Stimulation kultivierter Motoneuronen erneut unter Beweis gestellt.

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Wissenschaftlicher Hintergrund: Infografik

Mit magnetischen Wechselfeldern sollen defekte Nervenleitungen der Motoneurone zu den Muskeln wiederhergestellt werden

Bildmitte: die Zellkörper spinaler Motoneuronen im Rückenmark senden lange Axone in Myelinscheiden über Arme und Beine aus, um über die neuromuskulären Endplatten die Kontraktion der Muskelfasern zu steuern.

Obere Bildreihe: bei Amyotropher Lateralsklerose (ALS) ist der axonale Verkehr – also der Ferntransport von Mitochondrien und anderen Organellen durch Motorproteine in den Axonen entlang von Mikrotubuli – stark beeinträchtigt. Ursache dafür ist die geschädigte Mikrotubuli-Stabilität. Das heißt, die Mikrotubuli als zugrundeliegender Transportweg sind selbst in ihrer Struktur geschädigt. Darüber hinaus sind auch die axonalen Mitochondrien in ihrer Struktur und Funktionalität beeinträchtigt, so dass die Zellatmung nicht mehr ablaufen kann (Mitochondrien-Morphologie). Somit können die Mitochondrien als Kraftwerke der Zelle in den Axonen keine Energie mehr bereitstellen, die Axone sterben retrograd ab und verlieren ihre Verbindung zu den Muskelfasern (neuromuskuläre Endplatte). Als Folge verkümmern die Muskeln und es kommt zur fortschreitenden Lähmung bei den ALS-Patienten.

Links: Petrischalen mit kultivierten Motoneuronen von ALS-Patienten werden in einer Magnetspule platziert, um die therapeutische Wirkung magnetischer Wechselfelder zu studieren. In der gezeigten Anordnung sind die Axone der Motoneurone in der Petrischale senkrecht zum homogenen Magnetfeld im Inneren der Spule angeordnet.

Untere Bildreihe: in den Versuchsreihen konnte das ThaXonian-Team die technischen Parameter des Magnetfeldes soweit optimieren, dass axonaler Verkehr, Mikrotubuli-Stabilität, Mitochondrien-Morphologie und mutmaßlich die Konnektivität der neuromuskulären Endplatten wiederhergestellt werden und sich wie in gesunden Motoneuronen verhalten.

Reaktivierung von Motoneuronen durch Magnetpulse Im Film: Bei Gesunden bewegen sich die Motoneuronen völlig normal, bei ALS-Patienten stehen sie still. Doch durch die Magnetpulse werden die Motoneuronen reaktiviert und erhalten bei einer bestimmten Frequenz sogar ihre ursprüngliche Leistungsfähigkeit zurück.

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Zwischenfazit

Die bisher gewonnenen Experimentdaten gestatten es dem Thaxonian-Team, folgende allgemeingültige Ergebnisse abzuleiten:

• Die im Rahmen des Projekts durchgeführten Experimente haben die In-vitro-Wirksamkeit der Zellstimulation mittels transienter Magnetfelder auf den axonalen Organellentransport, die Regeneration axonaler Wachstumskegel und in der DNS-Reparatur im Erbgut unter Beweis gestellt.

• Diese drei biologischen Prozesse sind für die neuronale Funktionalität entscheidend.
• Es wurde nachgewiesen, dass diese lebenswichtigen Funktionen durch die Magnetfeldexposition von Motoneuronen, die als Folge der fortgeschrittenen ALS-Krankheit unter erheblichen Beeinträchtigungen leiden, im Zellexperiment nachhaltig wiederhergestellt werden können.
• Die erforderlichen Magnetfeldfrequenzen und Schwellenwerte der Magnetfeldamplituden konnten in Experimenten an verschiedenen Zellkulturen wiederholt verifiziert werden.

Dem interdisziplinären ThaXonian-Projektteam ist es gelungen, mit innovativen experimentellen Methoden, die sowohl zellbiologischen als auch physikalischen Hintergrund haben, die Grundlagen für einen Behandlungsansatz neurodegenerativer Erkrankungen zu schaffen. Wenn sich die im Zellexperiment erbrachten Erkenntnisse auch in Studien mit der Prototyp-Therapie-Anlage bestätigen, ist damit der Grundstein für ein vielversprechendes und absehbar schmerz- und von pharmazeutischen Substanzen freies Verfahren zur Behandlung schwerwiegender Nervenerkrankungen gelegt. Dieses basiert auf maßgeschneiderten Sequenzen transienter Magnetfeldexpositionen an Nervenbahnen.

Für ALS- und weitere an neurodegenerativen Erkrankungen leidende Patienten wäre dies von unschätzbarem Wert. ALS gilt bislang als nicht heil- oder therapierbar und kann bereits wenige Jahre nach der Diagnose zum Tod führen. Das Projektteam beabsichtigt nun, die zellbiologischen Studien zu intensivieren und auch auf andere neuronale Krankheiten auszuweiten sowie die Therapieanlage zu validieren und weiterzuentwickeln.

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Über die ALS-Erkrankung

Bei gesunden Menschen senden so genannte Motoneuronen – spezielle Nervenzellen in der Hirnrinde, im Hirnstamm und im Rückenmark – Signale an die Skelettmuskulatur, um so Bewegungen auszulösen. Bei Amyotropher Lateralsklerose, kurz ALS, sind diese Neuronen stark geschädigt und senden keine Signale mehr aus. In der Folge bekommen die Muskeln keine Anweisungen, können nicht mehr arbeiten und schwinden allmählich. Meist sind Probleme mit Armen und Beinen die ersten Symptome, bei einigen Patient*innen äußert sich die Krankheit auch mit Sprachstörungen oder Schluckbeschwerden.

Obwohl ALS seit rund 100 Jahren bekannt ist, gibt es bisher keine Aussicht auf Heilung. Es existieren lediglich medikamentöse Therapien, um die Symptome zu lindern und das Fortschreiten der Krankheit zu verlangsamen. Rund 8.000 Patienten leiden derzeit deutschlandweit an ALS, weltweit sind etwa 800.000 Personen und deren Umfeld betroffen.

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ThaXonian-Film

Mit einem Film macht das Team auf seine Forschung aufmerksam und hofft, auf diesem Weg auch neue Finanzquellen zur Fortsetzung des Projektes „ThaXonian“ zu erschließen.

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Informationen abonnieren

Fast täglich erreichen Dr. Thomas Herrmannsdörfer und sein Team Anfragen zu diesem Projekt, meist von Patient*innen oder deren Angehörigen. Leider können sich die Wissenschaftler*innen im Moment nicht immer persönlich mit jeder und jedem Einzelnen dazu unterhalten. Den aktuellen Stand der Forschungen gibt diese Website gut wider. Gern können Sie sie auch für Ihre Netzwerke nutzen.

Zurzeit sind die Wissenschaftler*innen intensiv auf der Suche nach Kooperations- und Finanzierungspartnern, um das Forschungsprojekt weiterverfolgen und die Prototyp-Therapie-Anlage bauen und testen zu können. Parallel prüfen sie die Möglichkeiten einer klinischen Studie.

Wenn Sie künftig über weitere Projektfortschritte informiert werden möchten, halten wir Sie bei neuen Entwicklungen gern per E-Mail auf dem Laufenden.

Bitte melden Sie sich dafür unter diesem Link an!

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Spendenkonto

Um das Forschungsprojekt voranzutreiben sowie eine klinische Studie vorbereiten zu können, sind finanzielle Zuwendungen willkommen. Wenn Sie das Projekt "ThaXonian" unterstützen möchten, freuen wir uns über Ihre Spende.

Förderverein des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf e. V.

Ostsächsische Sparkasse Dresden

IBAN: DE19 8505 0300 0221 2684 99

Verwendungszweck: ThaXonian

Wenn Sie eine Spendenquittung benötigen, wenden Sie sich bitte per E-Mail mit dem Betreff „Spendenquittung“ an foerderverein@hzdr.de und teilen uns Ihren Namen und Ihre Anschrift mit.

Wir danken allen Unterstützer*innen herzlich, unter anderem der ALS-Hilfe Bayern e.V. .

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Kontakt

Sie erreichen das Thaxonian-Team unter: thaxonian-info@hzdr.de

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Weitere Informationen

Pressemitteilung vom Juni 2024

Pressemitteilung vom Juni 2023

Pressemitteilung vom März 2022

Artikel in „entdeckt“

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