Скелето на гръбначния мозък изпраща регенериращи неврони в правилната посока

Сподели

Когато някои части от човешкото тяло са в състояние да се лекуват сравнително добре след нараняване, увреденият гръбначен мозък е този, който има известни трудности. Но нов тип изкуствено скеле предоставя на учените нова причина за оптимизъм. Той се отличава с нов дизайн, който насърчава регенериращите неврони да растат един към друг и да преодолява по-ефективно прекъснатите връзки, предлагайки нова надежда за подобрено лечение.

Когато гръбначният мозък се нарани, той може да прекъсне важни връзки между мозъка и тялото и да попречи на способността на жертвата да се движи и да чувства усещания и дори може да доведе до парализа. За разлика от някои други нерви, като тези в пръстите и краката, които могат да се лекуват без особени проблеми, тези в централната нервна система, мозъка и гръбначния мозък, работят малко по-различно.

„В момента регенерирането на увредени неврони в гръбначния мозък е истинско предизвикателство“, казва професор Марко Теренцио от Японския институт за наука и технологии в Окинава (OIST). „Само няколко вида неврони в гръбначния стълб имат ограничена способност да лекуват. И на всичкото отгоре може да се наложи невроните да нараснат до няколко милиметра и може да има белези по пътя. Така че трябва да осигурим изкуствен скеле, за да дадем на невроните ръка за помощ и да преодолеем пропастта.”

Видяхме няколко интересни примера за тези видове скелета, предназначени за лечение на наранявания на гръбначния мозък. Един от 2018 г. се състоеше от силициево скеле, покрито с 3D отпечатани стволови клетки, които могат да бъдат имплантирани в мястото на нараняването, за да генерират нови връзки между останалите нерви. Друг от по-рано тази година включва генна терапия за насърчаване на регенерацията на нервните влакна и подобряване на възстановяването на тъканите при мишки.

Учените от OIST се опитаха да открият нова почва в тази област, като се съсредоточиха върху начина, по който невроните растат. Обикновено те се развиват от центъра навън по радиален начин, но при обстоятелства, когато връзката със съседен неврон се нуждае от ремонт, по-желателно е те да растат в права линия, за да се преодолее празнината.

Така изследователите формираха скеле за насърчаване на този тип поведение, което имитира извънклетъчния матрикс, който е влакнестият материал, който предлага структурна и химическа подкрепа за растежа на невроните. Това включваше проектиране на скелета с канали и вдлъбнатини, предназначени да насърчат насочен (а не радиален) растеж на невроните и използване на усъвършенствана технология за печат за създаване на крайния продукт.

Новото скеле, изобразено чрез електронен микроскоп

Университет на Окинава за наука и технологии

Това е известно като 2-фотонна литография и използва светлочувствителен полимер, който се взривява с лазер, което го кара да се втвърди в отговор. Но изстрелването на лазера само върху желаните участъци от материала оставя участъци, които не са втвърдени и могат лесно да бъдат измити, оставяйки след себе си внимателно проектираното скеле.

„Работи малко като 3D печат, но в обратна посока“, казва Теренцио. „Вместо да се натрупва чрез депозиране на материал там, където е необходим, структурата се създава чрез премахване на материал.”

Тази структура се оказа термично и механично стабилна, както и биосъвместима, като учените успешно я използват за отглеждане на видове миши неврони, отговорни за предаването на усещането към мозъка и за мускулното движение. Тези неврони са били в състояние да се прикрепят и да растат върху скелето по желание и когато се използват в пореста версия, действително прераснаха в структурата, както и отгоре.

„Открихме, че невроните са в състояние да проникнат във всички слоеве на скелето, което беше много вълнуващо да се види“, казва Теренцио. „Следващата цел е да използваме този дизайн като шаблон за разработване на бъдещи скелета, за които може да се използва in vivo експеримент с мишки.”

Част от тази работа ще включва експериментиране с различни видове материали и фина настройка на дизайна, проучване как може да се използва за лечение на други видове наранявания. Друго предизвикателство ще бъде намаляването на разходите за производствения процес, който в момента се описва като „невероятно скъп“ и отнема дни за отпечатване на скелета с достатъчно голям размер.

„Технологията все още е в начален стадий, но се надяваме, че с времето ще се подобри цената и ефективността“, казва. Теренцио. „Бяхме много щастливи, че успяхме да получим достъп до тази машина чрез услугите за нанопроизводство и машинно инженерство на инженерната секция на OIST.“

Изследването е публикувано в списанието Материалознание и инженерство: C, докато видеото по-долу показва регенериращите неврони, визуализирани с конфокален микроскоп.

3D конфокални изображения на неврони върху скеле

Източник: Институт за наука и технологии в Окинава

.

Публикациите се превеждат автоматично с google translate


Сподели