211service.com
Regeneracja nerwów
Ludzkie ciało potrafi być niezwykle sprężyste: rany się goją, kości goją się, więzadła zrastają się. Ale powrót do zdrowia po uszkodzeniu nerwów jest znacznie mniej niezawodny. W najnowszym numerze Zaawansowane materiały Naukowcy Christiane Gumera i Yadong Wang z Georgia Institute of Technology ogłosili, że wywołali odrost komórek nerwowych za pomocą polimeru pokrytego strukturami chemicznymi, które przypominają acetylocholinę, powszechny neuroprzekaźnik. Badania, które jako pierwsze łączą neuroprzekaźnik i polimer, mogą pewnego dnia doprowadzić do opracowania terapii chorób neurodegeneracyjnych i urazów rdzenia kręgowego.
Nerwy pielęgnacyjne: Christiane Gumera i Yadong Wang z Georgia Tech (na górze) przyglądają się zabarwionym neuronom wyhodowanym na polimerze splecionym ze strukturami chemicznymi, które przypominają neuroprzekaźnik acetylocholinę. Polimer stymuluje wzrost neuronowych projekcji niosących informacje, znanych jako neuryty (poniżej).
Wiele osób wykonało prace biopolimerowe, mówi Christine Schmidt, inżynier biomedyczny z University of Texas w Austin. Ale to pokazuje, że polimer z neuroprzekaźnikiem może być używany do kierowania wzrostem w układzie nerwowym.
Wcześniejsze badania zidentyfikowały kilka czynników, które mogą stymulować odrost komórek nerwowych lub neuronów, wśród których na czele znajduje się białko zwane lamininą. Ale laminina jest rozpuszczalna w wodzie i szybko rozpuszcza się w wodnym środowisku organizmu. Materiał naukowców Georgia Tech działał równie dobrze jak laminina, ale ponieważ jest nierozpuszczalny w wodzie, jest bardziej prawdopodobne, że pozostanie na miejscu, jeśli zostanie umieszczony w ciele pacjenta, i może stymulować wzrost komórek nerwowych przez tygodnie zamiast dni.
Acetylocholina, neuroprzekaźnik, na którym skupili się naukowcy, jest jednym z najczęściej występujących. Jak wszystkie neuroprzekaźniki przenosi, wzmacnia i moduluje sygnały wysyłane między neuronami. Od lat wiadomo, że acetylocholina stymuluje wzrost neuronowych wypustek informacyjnych, czyli neurytów: pojedynczego, długiego nadajnika zwanego aksonem i wielu krótkich odbiorników zwanych dendrytami. Ale enzymy organizmu rozkładają acetylocholinę mniej niż sekundę po jej wykryciu, ponieważ zbyt dużo acetylocholiny jest toksyczne i hamuje neuryty.
Aby nadać ich podobnej do acetylocholiny substancji chemicznej kontrolowany, długotrwały efekt, naukowcy przymocowali ją do materiału, którego enzymy nie mogą rozerwać: elastycznego i biodegradowalnego poliestru. Wang zauważa, że inne przekaźniki chemiczne mogą być przyłączone do szkieletu polimeru i że cały zespół rozpada się po kilku tygodniach.
Wang i Gumera umieścili mały kawałek nerwu szczura i otaczającej go tkanki na polimerze i mierzyli długość nerwu w ciągu następnych czterech do sześciu dni. Neuryty rosły równomiernie przez sześć dni, po czym zaczęły zwalniać. Najdłuższy wyprodukowany neuryt miał ponad pięć milimetrów długości, przy maksymalnym tempie wzrostu 0,7 milimetra dziennie.
Wang i Gumera przetestowali również materiały, w których ich acetylocholina – znana jako grupa funkcyjna podobna do acetylocholiny – i polimer zostały połączone w różnych proporcjach. Wzrost neurytów wzrastał wraz ze stężeniem grupy funkcyjnej do 70 procent. Materiały o stężeniu grupy funkcyjnej powyżej 70 procent hamowały wzrost neurytów. Naukowcy przetestowali również polimer pod kątem lamininy, złotego standardu wzrostu neurytów, według Wanga, a wzrost neurytów indukowany przez oba materiały był prawie taki sam. Wang planuje rozpocząć prace nad polimerem z grupami funkcyjnymi naśladującymi zarówno acetylocholinę, jak i lamininę, co, jak ma nadzieję, przyniesie jeszcze silniejszy efekt.
Wang pracuje również nad wytwarzaniem polimeru w konfiguracjach, które byłyby bardziej przydatne terapeutycznie. W tej chwili mamy po prostu płaską powłokę polimerową, mówi. To, co próbujemy teraz zrobić, to przędzenie polimeru w nano- lub submikrowłókna. Ponieważ polimer jest wykonany z poliestru, manipulowanie nim w inne kształty powinno być prostą sprawą, mówi Schmidt z University of Texas.
W odpowiednich warunkach uszkodzone neurony są zdolne do pewnej regeneracji, ale tkanka bliznowata hamuje ich wzrost. Wang, który pracuje nad badaniami nad polimerami od ponad trzech lat, uważa, że pewnego dnia chirurdzy będą mogli przewlec włókna polimeru wypełnione stymulatorami wzrostu przez tkankę bliznowatą, kierując neuryty do środowiska, w którym będą mogły dalej rosnąć samodzielnie . Kiedy dotrzesz do odpowiedniego środowiska, neuron bardzo dobrze się rozwinie, mówi. Kilka milimetrów włókna wprowadzonego chirurgicznie wystarczyłoby, aby przezwyciężyć odpychające działanie tkanki bliznowatej.
Aby leczyć choroby neurodegeneracyjne, takie jak choroba Alzheimera, Wang ma nadzieję, że wykorzysta polimer do wydajniejszego generowania neuronów, które można by przeszczepiać pacjentom.
Jednak jakiekolwiek terapeutyczne zastosowanie polimeru naśladującego neuroprzekaźniki jest wciąż odległe. Projektowanie nowych materiałów o różnych funkcjach jest trudne, mówi Schmidt. Ale może to prowadzić do nowych wyników. Jest duży potencjał.