Фиброиновая конструкция поможет мозгу восстанавливаться от травм

Российские исследователи изучили регенерацию тканей мозга с помощью матрицы из белка фиброина шёлка. Эксперименты на крысах с повреждениями мозга показали, что этот материал биологически совместим и способствуют скорейшей регенерации нервной ткани. Результаты работы опубликованы в журнале Neurochemical Research.

Повреждение тканей мозга из-за травм, инсультов и нейродегенеративных процессов — одна из основных причин неработоспособности людей в странах запада. И на текущий момент в терапевтической практике арсенал методов, способствующих регенерации тканей мозга, весьма узок. Команда российских учёных под руководством профессора МГУ Дмитрия Зорова решила протестировать белковые микроконструкции из фиброина шёлка в качестве каркаса для восстановления нервной ткани и проверить его биологическую совместимость.

«Фиброин как материал для тканевой инженерии обладает уникальными свойствами, — рассказывает один из авторов исследования, ведущий научный сотрудник НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ Егор Плотников. — С одной стороны, из него очень легко формировать любые трехмерные конструкции с заданными параметрами (размером пор, направлением волокон). С другой — белок несет уникальные аминокислотные мотивы, которые необходимы нейронам для восприятия их окружения и для преобразования информации от микроокружения в сигналы для роста, миграции и дифференцировки».

Сначала учёные опробовали напоминающий губку каркас из фиброина шёлка на культуре нейронов. Как показали эксперименты, изолированные из организма нервные клетки успешно растут на таком каркасе и заполняют его. В итоге образуется структура, по пространственной организации похожая на ткань мозга. Эксперименты на клеточных культурах также подтвердили биологическую совместимость фиброина шёлка и нервных клеток.

Затем ученые поставили эксперименты на крысах. Животных разделили на три группы: крысам из первой группы просто делали трепанацию черепа, из второй — повреждали небольшую область в двигательной коре левого полушария. Третьим же в область повреждения двигательной коры на следующий после операции день вставляли фиброиновый каркас. У крыс с повреждённой корой наблюдались нарушения в движении конечностями с правой стороны. Все эксперименты на животных проходили в соответствии с международными биоэтическими нормами.

Чтобы оценить регенерацию нервных тканей в области травмы, учёные наблюдали за восстановлением двигательной функции правых конечностей крыс. После двигательного эксперимента учёные также изучали с помощью микроскопии, как регенерировала нервная ткань в области повреждения. Затем сравнили результаты двигательных тестов и анализа морфологии ткани и клеток в месте травмы.

Двигательные тесты показали, что у крыс с фиброиновым каркасом в месте травмы на четвертый день после операции активность правых конечностей на 25% лучше в сравнении с травмированными крысами без каркаса. Кроме того, трансплантация фиброиновой микроконструкции уменьшает объём зоны повреждения на 30% в сравнении с контрольной группой. Таким образом, результаты экспериментов на мышах доказали, что фиброиновый каркас помогает тканям мозга восстанавливаться от повреждений быстрее и эффективнее.

Теперь ученые планируют дальше изучать фиброиновые микроконструкции, чтобы внедрить их в нейрохирургическую практику.

«Необходимо разработать способы интеграции тканеинженерной конструкции в нервную ткань, которая бы обеспечила максимальную приживляемость матрицы и формирования с ее помощью полноценной нервной ткани в месте дефекта. Мозг — очень слабо регенерирующий орган, поэтому мы будем анализировать возможности влияния скаффолдов на дифференцировку и миграцию резидентных мозговых стволовых клеток. Если эти этапы пройдут успешно, то есть данная технология может выйти на этап опытно-конструкторских разработок», — заключает Егор Плотников.

Текст: МГУ

Moisenovich, M.M., Plotnikov, E.Y., Moysenovich, A.M. et al. Neurochem Res (2018). https://doi.org/10.1007/s11064-018-2691-8