Каркас спинного мозга направляет регенерирующие нейроны в правильном направлении

Каркас спинного мозга направляет регенерирующие нейроны в правильном направлении Новости

В то время как некоторые части человеческого тела могут относительно хорошо заживать после травмы, поврежденный спинной мозг переживает очень трудные времена. Но новый тип искусственных подмостков дает ученым новый повод для оптимизма. Он отличается новым дизайном, который побуждает регенерирующие нейроны расти навстречу друг другу и более эффективно соединять разорванные соединения, предлагая новую надежду на улучшение лечения.

Когда спинной мозг травмируется, он может разорвать важные связи между мозгом и телом и препятствовать способности жертвы двигаться и ощущать ощущения и даже может привести к параличу. В отличие от некоторых других нервов, таких как пальцы и ноги, которые могут лечить себя без особых проблем, нервы в центральной нервной системе, головном и спинном мозге работают немного иначе.

«В настоящее время регенерация поврежденных нейронов спинного мозга представляет собой серьезную проблему», — говорит профессор Марко Теренцио из Японского института науки и технологий Окинавы (OIST). «Только несколько типов нейронов позвоночника обладают ограниченной способностью к заживлению. Кроме того, нейронам может потребоваться вырасти до нескольких миллиметров, и на их пути может быть рубцовая ткань. Итак, нам нужно создать искусственный каркас, чтобы помочь нейронам преодолеть разрыв».

Мы видели несколько интересных примеров таких каркасов, предназначенных для лечения травм спинного мозга. Один из 2018 года представлял собой силиконовый каркас, покрытый напечатанными на 3D-принтере стволовыми клетками, которые можно было имплантировать в место повреждения для создания новых связей между оставшимися нервами. Другой, сделанный ранее в этом году, включал генную терапию для ускорения регенерации нервных волокон и улучшения восстановления тканей у мышей.

Ученые OIST стремились открыть новые возможности в этой области, сосредоточив внимание на том, как растут нейроны. Обычно они развиваются от центра наружу радиально, но в обстоятельствах, когда связь с соседним нейроном нуждается в ремонте, более желательно, чтобы они росли по прямой линии, чтобы преодолеть разрыв.

Таким образом, исследователи сформировали основу для развития этого типа поведения, имитирующего внеклеточный матрикс, который представляет собой волокнистый материал, обеспечивающий структурную и химическую поддержку роста нейронов. Это включало в себя разработку каркасов с канавками и углублениями, призванными стимулировать направленный (а не радиальный) рост нейронов, и использование передовых технологий печати для создания готового продукта.

Это известно как двухфотонная литография, и в ней используется светочувствительный полимер, который обрабатывается лазером, заставляя его в ответ затвердеть. Но при попадании лазера только на желаемые участки материала остаются незатвердевшие участки, которые можно легко смыть, и в результате остаются тщательно спроектированные подмости.

«Это немного похоже на 3D-печать, но наоборот», — говорит Теренцио. «Вместо того, чтобы наращивать за счет размещения материала там, где он необходим, структура создается за счет удаления материала».

Эта структура оказалась термически и механически стабильной, а также биосовместимой, и ученые успешно использовали ее для выращивания типов нейронов мышей, отвечающих за передачу ощущений в мозг и за движение мышц. Эти нейроны могли прикрепляться и расти над каркасом по желанию, а при использовании на пористой версии фактически врастали в структуру, а также поверх нее.

«Мы обнаружили, что нейроны могут проникать во все слои каркаса, что было очень интересно наблюдать», — говорит Теренцио. «Следующая цель — использовать этот дизайн в качестве шаблона для разработки будущих каркасов, которые можно было бы использовать для экспериментов in vivo на мышах».

Часть этой работы будет включать в себя эксперименты с различными типами материалов и доработку конструкции, изучение того, как ее можно использовать для лечения других типов травм. Другой проблемой будет снижение стоимости производственного процесса, который в настоящее время описывается как «чрезмерно дорогой» и требующий нескольких дней для печати каркасов достаточно большого размера.

«Технология все еще находится в зачаточном состоянии, но мы надеемся, что со временем она улучшится по стоимости и эффективности», — говорит он. Теренцио. «Нам очень повезло, что мы смогли получить доступ к этой машине через службы нанопроизводства и машиностроения инженерного отдела OIST».

Исследование было опубликовано в журнале Materials Science and Engineering.

Газета «DAILY» — Новости России и мира